波浪聯(lián)合液艙晃蕩作用下的二維浮箱運(yùn)動(dòng)響應(yīng).pdf

1、近年來，隨著世界各國對(duì)清潔能源需求的日益增加，海上石油、天然氣等資源的開采愈加受到重視。在海上石油、天然氣的開采和運(yùn)輸過程中，波浪作用下的大型LNG船和FPSO的運(yùn)動(dòng)將激發(fā)艙內(nèi)液體的晃蕩，而艙內(nèi)液體晃蕩反過來又影響著船舶的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)，這種耦合作用往往決定著船舶的運(yùn)行安全和船艙強(qiáng)度設(shè)計(jì)。因此波浪激振與液艙晃蕩耦合作用下的船舶運(yùn)動(dòng)響應(yīng)成為海洋工程師關(guān)心的重要課題。
　　本文通過物理模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬方法對(duì)該問題進(jìn)行了研究。模型實(shí)驗(yàn)對(duì)二維

2、矩形方箱在不同頻率規(guī)則波入射、艙內(nèi)不同程度載液等情況下的穩(wěn)態(tài)橫搖運(yùn)動(dòng)響應(yīng)規(guī)律進(jìn)行了研究。數(shù)值模擬方面，本文建立了一種時(shí)域耦合求解方法。浮箱外部的波浪作用采用基于線性勢(shì)流理論的瞬時(shí)響應(yīng)函數(shù)法求解，內(nèi)部液體晃蕩的非線性Navier-Stokes方程則利用光滑粒子法(SPH)求解，并通過船舶運(yùn)動(dòng)方程耦合內(nèi)外流場(chǎng)的相互作用和影響。
　　通過數(shù)值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，首先，本文開發(fā)的數(shù)學(xué)模型能有效預(yù)測(cè)耦合了液體晃蕩和波浪激振作用下的二維

3、浮箱運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。頻時(shí)轉(zhuǎn)換瞬時(shí)響應(yīng)函數(shù)方法具有計(jì)算效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。SPH方法則可以直接模擬艙內(nèi)流體大變形運(yùn)動(dòng)情況，具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用前景。其次，實(shí)驗(yàn)和數(shù)值結(jié)果均表明，在液艙晃蕩影響下，規(guī)則波激振下的方箱橫搖運(yùn)動(dòng)穩(wěn)態(tài)幅值響應(yīng)算子(RAO）曲線由單峰變成了多峰情況。第一個(gè)峰值發(fā)生在包括艙內(nèi)流體在內(nèi)的方箱系統(tǒng)自振頻率附近，而第二個(gè)峰值則發(fā)生在稍高于但又靠近晃蕩液體的最小共振頻率附近。第三，當(dāng)入射波頻率接近RAO曲線各峰值頻率時(shí)，晃蕩液體作