波浪作用下船舶運動與液艙內流體晃蕩的耦合數值分析.pdf

1、波浪作用于液體船時將導致船舶的運動，而船舶的運動將激發(fā)其液艙內流體的晃蕩，從而對船舶的運動產生耦合影響，該耦合效應將會使船舶產生較大的力矩，導致船舶的傾覆，或者對液艙側壁產生較大的沖擊，導致結構的破壞。因此，對波浪作用下船舶運動與液艙內流體晃蕩的耦合影響進行研究是非常必要的。本文基于船舶外部波浪采用勢流理論，液艙內部流體晃蕩采用粘性流理論的假設，建立了波浪作用下船舶運動與液艙內流體晃蕩的耦合時域數值模型，其中，內外流場相互作用的耦合影響

2、通過船舶運動方程實現。主要研究內容包括：
　?、旁诖巴獠坎ɡ撕奢d的計算中，使用高階邊界元的方法進行計算，為了克服邊界元方法在解決大尺度物體的水動力分析中效率較低的缺點，建立了預修正快速傅里葉變換高階邊界元方法提高計算效率。通過對單物體與多物體作用的算例，對該算法的準確性進行了驗證，并與傳統(tǒng)高階邊界元方法計算時間與存儲量進行了對比，從而證明了本文方法的高效性。進一步對不同未知數時該方法的計算時間以及本身各步驟計算時間進行對比，研究

3、了不同預修正快速傅里葉變換網格及奇點布置方案對存儲量和計算量的影響，對該方法的計算效率進行了分析，并推薦使用基于計算時間最小化原則的預修正快速傅里葉變換網格及奇點布置方法。
　　⑵對于液艙內流體的晃蕩問題，用粘性流體動力學模型進行模擬，其中，自由水面使用VOF方法捕捉，從而滿足液艙內流體因強非線性運動而帶來的如自由面破碎、氣液混合、破浪沖擊以及能量耗散等復雜物理現象的模擬需要。在對數值模型的可靠性、特別是流場求解器和界面捕捉方法的

4、準確性，以及液艙晃蕩的整體及局部沖擊壓力的準確性進行了驗證之后，本文使用該模型對強迫運動時帶橫隔板矩形容器內自由水面運動演化過程進行了研究，并特別關注了流體粘性和能量耗散對流體自由水面晃蕩過程的影響。這些數值分析將為耦合模型的數值研究提供指導意義并奠定基礎。
　?、腔谏鲜龉ぷ?，建立了波浪作用下船舶運動與液艙內流體晃蕩的耦合時域數值模型，并分別對波浪與矩形浮箱水平晃蕩的耦合問題、波浪與矩形浮箱橫搖晃蕩的耦合問題，以及波浪與LNG船

5、舶三維晃蕩問題進行了數值模擬，通過本文數值結果與實驗及其他數值結果的對比，驗證了本文方法的正確性。此外，針對上述兩組浮箱算例，本文對不同裝載水深下浮箱運動、浮箱內流體晃蕩作用力、以及其對應的時間歷程線進行了研究，分析了耦合運動時水動力特征及其產生原因。更重要的是，針對波浪作用下LNG船舶三維運動與其液艙內流體晃蕩耦合作用問題，本文研究了裝載水深、入射波頻率及入射方向時液艙內流體晃蕩對船舶整體運動響應的影響，關注了不同入射波波高對船舶運動