计及弹性支撑效应的独立液舱晃荡数值分析研究.pdf

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1、第21卷第1期2017年1月船舶力学JournalofShipMechanicsV01．21No．1Jan．2017文章编号：1007—7294(2017)Ol一0023—08计及弹性支撑效应的独立液舱晃荡数值分析研究刘文夫，薛鸿祥，唐文勇(1．上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海200240；2．高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海200240)摘要：文章针对弹性支撑结构作用下的液舱晃荡问题，采用基于Hilber-Hughes-Taylor(HHT)格式的隐式直接积分法求解液舱运动，应用VOF法求解流体晃荡，并结合部分单元参数的概念处理棱形液舱边界，建立了液舱运动与流体晃

2、荡双向耦合迭代算法。以独立液舱为研究对象，通过耦合求解弹性支撑液舱晃荡，并与非弹性支撑液舱晃荡进行比较，分析了在不同刚度的弹性支撑结构作用下液舱液体运动及晃荡载荷的变化规律。该文建立的分析方法为含弹性支撑的独立液舱晃荡载荷预报提供了一种快速、有效的分析手段。关键词：弹性支撑；独立液舱；液舱晃荡；VOF方法中图分类号：U661．32文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1007—7294．2017．01．004LiquidsloshinganalysisforindependenttankconsideringtheeffectofelasticsupportsLIUW

3、en-fu，XUEHong-xiang,TANGWen-yong(1．StateKeyLaboratoryofOceanEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China；2．CollaborativeInnovationCenterforAdvancedShipandDeep-SeaExploration，Shanghai200240，China)Abstract：Theindependenttankisselectedtoinvestigatethesloshingcharacteristicswiththee

4、lasticsup—port．AcoupledalgorithmisproposedinvolvingtheHilber-Hughes-TaylorimplicitmethodfortankmotionandtheVOFmethodforliquidsloshing．Byconductingcoupledcalculationandcomparingthesenumericalresultswiththoseobtainedbyignoringtheelasticimpact，theconnectionbetweenthestiffnessoftheelas—ticsupporta

5、ndtheliquidmotionaswellasthesloshingloadisanalyzed．Anefficientandeffectivemethodisfinallypresentedforpredictingthesloshingloadofindependenttankconsideringtheelasticsupportef-feet．Keywords：elasticsupport；independenttank；sloshing；VOFmethod0引言随着世界经济对LNG需求量的增长，各种型式的LNG船和海上浮式LNG装置概念得到广泛关注。目前世界范围内采用

6、的LNG液舱主要分为薄膜型和自支撑式两种【I】，其中自支撑式液舱完全由自身支撑，不构成船体的一部分，是完全独立的液舱(以下简称独立液舱)，包括日本石川岛播磨重工株式会社(IHI)研制的SPB棱形液舱(Self-supporting，Prismatic—shapeIMOtypeB)和MossMaritime研制收稿日期：2016—06—20基金项目：工信部高技术船舶专项”新型液化天然气船液货围护系统预先研究”资助作者简介：刘文夫(1990一)，男，硕士研究生；薛鸿祥(1981-)，男，博士，副教授，通讯作者，E-mail：hongxiangxue@sjtu．edu．cn。船舶力学第2

7、1卷第1期的Moss球形液舱。独立液舱具有无装载限制、可靠性高、易于经营和维护等优点。晃荡问题一直以来是大型LNG液舱设计的关键技术，Faltinsen等[2-31曾基于线性势流理论在晃荡幅值较小的情况下对液舱晃荡进行了研究，然而在剧烈晃荡的情况下，液面伴随有波面破碎、飞溅和合并等强非线性运动现象f4】，理论分析方法已很难适用，目前主要通过模型试验和数值模拟进行研究。解决液体晃荡的关键问题是如何描述自由液面的变化，因此一系列捕捉或追踪自由液面运动的方法和技术得到了发展