耦合运动下液货舱晃荡压力预报研究.pdf

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1、第20卷第7期船舶力学Vol.20No.72016年7月JournalofShipMechanicsJul.2016文章编号：1007-7294（2016）07-0884-08耦合运动下液货舱晃荡压力预报研究徐国徽，胡嘉骏，顾学康（中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082）摘要：针对液货船舱晃荡载荷预报问题，进行了单自由度简谐运动激励下液舱模型试验，研究冲击压力特性，并选择70%H装载水平工况开展数值计算比较，结合试验结果得到计算预报的修正系数，同时用简单解耦方法根据单自由度修正系数对纵横摇耦合运动下的压力计算结果进行修正，所得结果可为晃荡载荷工程评估提供参考。关键词：晃荡；冲击

2、压力；模型试验；数值计算中图分类号：U661.4文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1007-7294.2016.07.012PredictionofsloshingpressureincoupledmotionsforLiquidCargoCarriersXUGuo-hui,HUJia-jun,GUXue-kang(ChinaShipScientificResearchCenter,Wuxi214082,China)Abstract：Themainaimofthispaperistoestimateofsloshingloadsinthetankofliquidc

3、argocarriers.Sloshingmodeltestwitha1/38scaletankwascarriedoutforsimpleharmonicmotionstoinvestigatevari鄄ouscharacteristicsofimpactpressures;and,numericalsimulationswereperformedandvalidatedforthesamecasesin70%Hfillingdepth.Sloshingpressuresalongthetankwallincoupledmotionswerealsocalculat鄄edandr

4、evisedagainstexperimentaldatabasedonsimilaritytransformation,whichcanprovidereferencesforevaluationofsloshingloads.Keywords:sloshing;impactpressure;modeltest;numericalsimulation0引言晃荡是一种非常复杂的流体运动现象，晃荡所产生的冲击压力脉冲变化既不简谐也不周期。液舱晃荡是带自由表面的强非线性力学问题也是工程实践中迫切需解决的问题，采用常规的势流理论很难进行准确的计算和预报。数值计算方法基于粘性流理论通过建模

5、及流场求解来模拟液舱晃荡问题，是物理晃荡在计算机上的数值模拟，数值评估方法可为液舱晃荡的工程实际问题提供参考和评估作用，具有重要的工程实用价值；另外晃荡作为一个复杂的物理、数学问题，在学术上也有重要的研究意义。为了合理准确地数值求解晃荡问题，国内外学者做了大量的工作。Akyildiza等（2006）[2]研究了压力变化和运动的部分装载液舱的三维效应，对液舱晃荡载荷进行了数值计算和模型试验。Wemmenhove等（2007，2008）[3-4]应用了改进的VOF（iVOF）方法在可压缩二相流模型中模拟晃荡，结合1:10模型试收稿日期：2016-05-28作者简介：徐国徽（1985-）

6、，女，工程师；胡嘉骏（1965-），男，研究员；顾学康（1963-），男，研究员。第7期徐国徽等：耦合运动下液货舱晃荡…885验晃荡试验研究发现对于高液深时二相流模型的波高、压力预报结果要好于单相流模型。Rakshit等（2008）[5]对横摇激励下不同装载水平时，二维液舱中晃荡运动进行了数值研究。提出的数值模型给出了平均峰值压力及其作用位置，可以指导以后实验室试验。数值计算结果的准确性需要在与模型试验或其它可靠结果的比较中得到验证和修正。本文在之前提出的晃荡载荷数值计算方法的基础上[6-7]，进行了在不同运动形式激励下的液舱晃荡数值模拟，结合7.5万DWT油船液舱模型缩尺试验，测

7、量分析横摇、纵摇单方向运动下不同浸深时液舱壁所承受的晃荡冲击压力；以70%H装载水平为例参照试验结果对晃荡计算冲击压力进行修正，同时用简单解耦方法，对纵横摇耦合运动下液舱的晃荡压力给出预报。得到的结果可为其他相似船型液舱的晃荡压力计算评估校准提供依据。1试验简介本次试验对象为7.5万DWT油船液舱。试验在上海交通大学船舶与海洋工程结构力学实验室中的“三自由度液舱晃荡模拟装置”上进行。试验模型几何相似比α=38，尺度为：长737mm×宽842mm×高464mm，压力测点