船舶与船舶液舱晃荡耦合运动分析

摘要

随着LNG、FPSO、FLNG等液货船的发展,如何准确计算液货舱对船舶运动的影响成为越来越值得关注的问题。本文根据MARINE实验室的船舶水动力实验,结合数值计算,对船舶与液货舱的耦合运动进行了较为详细的研究,归纳起来主要开展了以下几个方面的工作:
　　1.液货舱晃荡运动的数值分析。利用CFD软件Fluent对不同形式的液舱晃荡运动进行仿真计算,通过对比仿真结果与实验结果,验证了数值仿真方法的准确性;通过对比分析二维液舱与三维液舱的晃荡,发现当液舱的长宽比大于1时,二维模型能够较准确的模拟液舱横荡运动,该结论可以推广到横摇运动;通过对不同网格、时间步长的大尺寸的液舱模型进行数值计算对比,确定了实际尺寸船舶液舱晃荡计算的网格尺寸和时间步长,并为计算实际船舶液舱晃荡问题提供了一定的参考。
　　2.液舱与船舶耦合运动的频域分析。本文通过理论推导得到了液舱晃荡与船舶耦合运动的频域方程,利用水动力学软件计算得到船舶与液舱的水动力学参数,将该参数代入方程得到船舶的频域运动响应,并且将计算结果和实验做了对比,确定了系统的线性阻尼比,讨论了液舱液深晃荡对船舶运动的影响。
　　3.液舱与船舶耦合运动的时域分析。本文通过理论推导得到了液舱晃荡与船舶耦合运动的时域方程,利用IRF(ImpulseResponseFunction)法得到船舶时域辐射力,采用傅里叶逆变换将频域的波浪力转换到时域,利用CFD软件Fluent计算液舱晃荡时域载荷。通过将时域结果、频域结果与实验结果对比分析,证实该方法能够提高计算RAO(ResponseAmplitudeOperator)的精度。最后计算得到船舶在规则波浪作用下的运动响应,分析了液舱液量对船舶运动的影响。

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1 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的研究内容

2 船舶水动力学理论

2.1概述

2.2波面方程

2.3船舶水动力

2.4船舶运动方程

2.5本章小结

3 船舶与液舱晃荡耦合运动方程

3.1概述

3.2船舶与液舱晃荡耦合运动的频域计算

3.3船舶与液舱晃荡耦合运动的时域计算

3.4本章小结

4 船舶液舱晃荡载荷特性分析

4.1概述

4.2参数设置

4.3二维液舱晃荡数值计算

4.4三维液舱晃荡数值计算

4.5二维大尺寸液舱晃荡数值计算

4.6本章小结

5 船舶与液舱晃荡耦合运动的频域分析

5.1概述

5.2船舶与液舱的主要参数

5.3船体的水动力学系数

5.4船舶液舱的水动力学系数

5.5 RAO频域计算结果

5.6本章小结

6 船舶与液舱晃荡耦合运动的时域分析

6.1概述

6.2时域波浪辐射力

6.3规则波浪下船舶的运动响应

6.4 RAO时域计算结果

6.5本章小结

7 全文总结及未来展望

7.1全文总结

7.2未来展望

致谢

参考文献

附 录 I 攻读硕士期间发表的学术论文

附 录 II 相关计算程序的说明