船底月池流激振荡特性研究.pdf

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1、SHANGHAISHIPBUILDING上海造船2010年第1期（总第81期）船底月池流激振荡特性研究赵尚辉，刘见华（708研究所，上海200011）摘要：本文研究了船底月池内流体固有振荡特性，给出了船底月池内流体固有振荡频率计算公式。同时开展了船底月池流激振荡试验研究，测量得到了月池口流体剪切层自持振荡的Strouhal数，根据试验结果分析得出了波浪激励下月池内流体的运动特性。在此基础上预报了实船月池的流激振荡特性。研究成果为实船月池的设计提供了理论和试验基础。关键词：月池；流激振荡；流体剪切层自持振荡频率；振荡特性中图分类号

2、：U661.1文献标识码：A文章编号：1005-9962(2010)01-0035-04Abstract:Theflow-inducedoscillationcharacteristicsinthemoonpoolofashiparestudiedinthispaper.Theformulaofthenaturaloscillationfrequencyinthemoonpoolisdeveloped.Theexperimentalinvestigationsofoscillationcharacteristicsinthemo

3、onpoolareintroducedandtheStrouhalnumberofflowshearnonturbulentfreeoscillationinthemoonpoolismeasured.Basedontheexperimentalresults,theflow-inducedoscillationcharacteristicsinthemoonpoolareanalysedandpredicted.Thestudyprovidesatheoreticalandexperimentalbasisforthemoon

4、pooldesign.Keywords:moonpool;flow-inducedoscillation;flowshearnonturbulentfreeoscillationfrequency;oscillationcharacteristic0引言1船底月池内流体固有振荡特性研究某型船在船舶运动最小的船中部设置了贯穿船底月池内流体存在“活塞”和“晃荡”两类振荡船底至主甲板的月池。月池相对于船底而言是一陷现象。这两类固有振荡的频率仅与月池的开口形落腔，当船航行时，陷落腔附近流场会形成流体剪式、结构尺寸及吃水有关，与月池口水的

5、流速无关。切层，产生流噪声。同时，月池内流体存在“活塞”1.1月池内流体活塞振荡频率预报和“晃荡”两类振荡现象：“活塞”振荡是流体沿月池月池内流体的“活塞”振荡可假设为一直径为深度方向的固有振荡；“晃荡”振荡是流体液面在月R，厚度为H，密度为ρ的圆柱状物体浮在水面沿池内的左右振荡现象。当流体剪切层自持振荡频率垂向上下的振动，如图1所示，V为月池外流体的等于月池内流体振荡固有频率时，就会产生月池内流向。不考虑月池内流体与腔外的质量交换、流体流体耦合共振；船舶航行于波浪上时，当波浪遭遇的黏性及其与月池侧壁的摩擦，对月池内流体的固频率

6、等于月池内流体振荡固有频率时，也会引起月有振荡频率进行计算。池内流体耦合共振。R自由液面月池设置的目的是为了提供一个相对稳定的工作环境，使工程作业不受海上风浪的干扰，但是当有X共振现象出现时，月池内流体振荡的幅度将大大增加，当船航行时，共振现象还将产生巨大的阻力，并H且在月池内流体大幅晃荡的条件下，船体还将加剧升沉或摇摆运动，从而影响该船的正常航行和工作。V图1月池内流体振荡频率计算月池内流体“活塞”振动方程可写为：第一作者简介：赵尚辉，女，高级工程师。1968年生，1993(m+Δm)X&&+ρgSX=0(1)年华中理工大学船

7、舶与海洋工程系船舶结构专业硕士研究生毕业，长期从事船舶结构式中：m——月池内流体的质量；设计工作。Δm——附加质量；36上海造船2010年第1期S——月池横截面面积；n——晃荡阶数；g——重力加速度。L——流向最大跨度，m；由Morison公式可得浮在水面沿垂向振动的圆R——月池直径，L=R，m；[1]柱的附加质量为：H——月池内吃水，m。32ρπrρSR则实船月池内流体首阶晃荡频率为0.447Hz。Δm==(2)33式中：R——直径；2船底月池流激振荡试验研究r——半径。代入式(1)，可得圆形月池内流体“活塞”振动为研究流体沿

8、船底流经月池激励的月池振荡的固有频率公式为：现象，开展了船底月池流激振荡试验研究。模型与1g实船的比例为1:13，船模中安装圆形月池见图3。fh=(3)2πRH+3式中：fh——“活塞”振动的固有频率，Hz；H——月池内吃水深度，m。应用上式计算了试验研究的月池