船舶液舱制荡装置设计参数研究

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随着载液系统性能不断提高,液舱的载液能力不断增大,对于大型液舱的设计能力要求不断提高。大型液舱在受到外界激励后其内部液体会发生晃荡,尤其是激励频率在系统的固有频率附近时,晃荡最为剧烈。剧烈的晃荡会对舱壁产生强烈的冲击载荷进而对液舱和整个船舶系统造成影响。本文采用光滑粒子流体动力学方法(SPH)进行数值模拟。该方法属于一种无网格法,无需对流场进行网格划分,而是将微分方程(组)离散到一系列相互独立的流体质点上,通过解线性方程组求得数值解,对于求解晃荡这类存在可自由移动的自由表面的问题,具有明显优势。本文详细论述了SPH方法的基本思想、函数及其导数的SPH积分表示方法,以及核函数的SPH方法粒子近似,由流体动力学的基本方程经过离散后建立了SPH方法基本方程。对人工粘度,粒子搜索方法等基本概念进行了分析。建立了二维矩形液舱水动力数值模型,采用改进型的边界条件,镜像粒子边界法作为固壁边界,压力采用状态方程计算。本文以二维矩形液舱为例,采用SPH方法对晃荡问题进行了数值模拟,将数值模拟结果与实验结果进行对比分析后,验证了此法处理晃荡问题的可行性。另外,探讨了在大范围激励频率下,不同类型的隔板对矩形液舱内液体晃荡的影响,以及晃荡时液舱壁受到的冲击载荷及液体波面特征,重点探讨了垂直、水平、刚性和塑性顶部长隔板的制荡效果,分析了不同隔板制荡的原因。发现隔板能有效增加系统内的阻尼比,改变系统的固有频率,降低舱内液体晃荡程度,因此隔板结构能提高整个系统结构安全性和系统同稳定性。
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