谈谈晃荡液货船液舱晃荡理由

论文导读：析试验结果表明，LNG液舱70%H高度以上的舱壁是受到晃荡冲击压力最大的危险区域，液舱纵摇运动时，70%H是最危险装载高度；液舱横摇运动时，52.5%H是最危险装载高度，一旦船舶运动频率接近舱内液体固有频率，会产生最大的晃荡冲击压力；（2）设计并进行了含有内部结构的VLGC船液舱模型晃荡试验，验证了数值策略的准确性。通过对VLGC液舱数
摘要：随着世界经济的进展，对于液化天然气（LNG）、液化石油气（LPG）等能源的消费需求也在快速增加，这大大刺激了船舶运输技术的不断提升，以而开发了大型液化天然气船（LNG船）、超大型液化气船（VLGC船）等液货船。大型LNG、VLGC船液舱宽度大，装载深度高，在带来更大装载能力的同时，也带来了一定的安全隐患，其在航行历程中可能发生更剧烈的晃荡，产生的冲击压力会威胁到舱壁以及船体结构的安全。由此，晃荡载荷已经成为大型液货船安全性评估的重要内容之一，如何降低晃荡载荷、保证船舶结构的安全，是当今迫切需要解决的不足。针对液货船液舱的晃荡不足，本论文主要做了以下工作：（1）讨论了数值模拟液体晃荡的基本制约方程以及相应数值策略；（2）开展了液舱模型晃荡试验，内容包括试验策略设计、试验结果的浅析及评估等，并分别进行了LNG，VLGC船液舱模型晃荡试验，在对试验数据浅析的基础上，比较讨论了装载率、激励频率等参数对于晃荡冲击压力的影响；（3）计算浅析了VLGC船液舱内水平桁、强肋框和制荡舱壁等内部结构对于晃荡压力、内部液体固有频率的影响；（4）探讨讨论了液舱内部液体密度、粘性以及气体压力等参数对晃荡冲击压力的影响；（5）对考虑泵塔结构的LNG液舱模型进行了晃荡试验，试验结果表明泵塔结构不会影响液舱内部液体的固有频率。同时测量了泵塔顶部的受力情况，并与数值策略做了比较，该数值策略首先由Morison公式及晃荡数值模拟得到晃荡载荷，进而对泵塔进行结构强度浅析。本论文探讨的革新性可以总结为以下三个方面：（1）设计了大型LNG船液舱模型晃荡试验策略，通过浅析试验结果表明，LNG液舱70%H高度以上的舱壁是受到晃荡冲击压力最大的危险区域，液舱纵摇运动时，70%H是最危险装载高度；液舱横摇运动时，52.5%H是最危险装载高度，一旦船舶运动频率接近舱内液体固有频率，会产生最大的晃荡冲击压力；（2）设计并进行了含有内部结构的VLGC船液舱模型晃荡试验，验证了数值策略的准确性。通过对VLGC液舱数值模型的探讨，表明内部结构虽然能够减小共振频率下的晃荡冲击压力，但是，如果某一外部激励频率更接近于含内部结构液舱液体的固有频率，相比不含内部结构的液舱，含内部结构的液舱受到的冲击压力反而可能更大。由此，液舱结构设计时，需结合船舶实际航行工况优化合理的内部结构。（3）提出了考虑泵塔结构的LNG液舱模型晃荡试验策略，通过测量晃荡压力和泵塔顶部支座力，浅析了泵塔对于晃荡的影响，以及泵塔结构在晃荡载荷下的响应。在此基础上采取液舱晃荡数值模型和Morison公式对泵塔模型结构进行了浅析，通过与试验结果的比较，验证了数值策略的准确性。关键词：LNG船液舱论文VLGC船液舱论文晃荡论文试验论文数值模拟论文
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ABSTRACT7-13
第一章 绪论13-33

1.1 探讨背景和作用13-19

1.1 课题探讨的背景13-18

1.2 课题探讨的作用18-19

1.2 液舱晃荡的探讨进展19-30

1.2.1 液舱晃荡的论述探讨19-20

1.2.2 液舱晃荡的数值探讨20-28

1.2.3 液舱晃荡的试验探讨28-30

1.3 当前晃荡不足的探讨热点30-31

1.4 本论文探讨内容和革新点31-33

1.4.1 本论文探讨内容31-32

1.4.2 本论新点32-33

第二章 液舱晃荡数值计算模型33-54

2.1 数学模型33-36

2.

1.1 制约方程33-35

2.

1.2 边界条件35-36

2.2 计算模型36-53

2.1 RANS 方程36-37

2.2 制约方程的离散37-44

2.3 速度和压力的计算44-51

2.4 动网格51-53

2.3 本章小结53-54

第三章 液舱模型晃荡试验探讨54-78

3.1 液舱模型晃荡试验技术54-60

3.

1.1 相似定律54-55

3.

1.2 三自由度液舱晃荡模拟装置55-57

3.

1.3 动态信号采集浅析系统57

3.

1.4 液舱模型晃荡试验流程57-59

3.

1.5 舱内液体固有频率59-60

3.2 LNG、VLGC 液舱模型晃荡试验6论文导读：2.1不考虑泵塔的LNG液舱模型晃荡试验60-673.2.2考虑泵塔的LNG液舱模型晃荡试验67-713.2.3考虑内部结构的VLGC液舱模型晃荡试验71-773.3本章小结77-78第四章液舱晃荡数值计算及浅析78-924.1LNG船液舱晃荡数值计算78-854.1.1数值与试验压力时间历程结果比较79-844.1.2数值与试验固有频率结果比较84-854.2VLGC
0-77
3.

2.1 不考虑泵塔的 LNG 液舱模型晃荡试验60-67

3.

2.2 考虑泵塔的 LNG 液舱模型晃荡试验67-71

3.

2.3 考虑内部结构的 VLGC 液舱模型晃荡试验71-77

3.3 本章小结77-78
第四章 液舱晃荡数值计算及浅析78-92

4.1 LNG 船液舱晃荡数值计算78-85

4.

1.1 数值与试验压力时间历程结果比较79-84

4.

1.2 数值与试验固有频率结果比较84-85

4.2 VLGC 船液舱晃荡数值计算85-88
4.

2.1 数值与试验压力时间历程比较86-87

4.

2.2 内部结构对于舱内液体固有频率的影响87-88

4.3 数值模拟中模型参数敏感性浅析88-91
4.

3.1 液体密度对于晃荡压力的影响89

4.

3.2 动力粘度对于晃荡压力的影响89-90

4.

3.3 气体压强对于晃荡压力的影响90-91

4.4 本章小结91-92
第五章 LNG 船舶泵塔浅析92-105

5.1 泵塔结构92-93

5.2 泵塔载荷93-95

5.

2.1 晃荡载荷计算93-94

5.

2.2 温度载荷计算94

5.

2.3 惯性载荷计算94-95

5.3 泵塔结构浅析95-102
5.

3.1 泵塔结构浅析流程95

5.

3.2 液舱晃荡数值计算95-98

5.

3.3 泵塔结构浅析98-102

5.4 泵塔模型试验与数值比较102-104
5.

4.1 泵塔模型晃荡试验102

5.

4.2 数值与试验结果比较102-104

5.5 本章小结104-105
第六章 总结与展望105-107

6.1 总结105-106

6.2 展望106-107

参考文献107-115
致谢115-116
攻读博士学位期间已发表或录用的论文116-117
攻读博士学位期间参与的科研项目117