一种载液船体舱内液体晃荡程度的预测方法

摘要

本发明涉及一种载液船体舱内液体晃荡程度的预测方法，其特征在于，它包括以下步骤：1)选择带有液货舱的载液船体，对载液船体进行三维建模，并计算载液船体在不同波浪圆频率下各液货舱内液体表面晃动波高；2)根据步骤1)中得到的载液船体各液货舱内液体表面晃动波高，进一步确定载液船体液货舱内液体表面的最大晃动波高；3)采用实际作业海域的海况环境参数数据，计算载液船体在该海域不同海况下的海浪波能谱；4)确定各海况下的液体晃荡程度参数；5)根据各海况下的液体晃荡程度参数获得液体晃荡指标，进一步依据液体晃荡指标预测液体晃荡程度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种液体晃荡程度的预测方法，特别是关于一种载液船体舱内液体晃荡程度的预测方法。

背景技术

在深远海气田开发作业过程中，由于载液船体长期停泊外海，因此无法避免恶劣海况的影响，且载液船体连续生产时舱内液位也会不断地变化，导致无法始终维持在安全范围。由于载液船体运动激励舱内液体产生晃荡，同时舱内液体晃荡引起力矩会改变载液船体的运动性能，舱内液体晃荡和载液船体运动存在相互耦合作用，特别是当两者固有周期接近时，可能会引起共振，剧烈的晃荡载荷会对载液船体舱的围护系统产生强烈冲击，进而造成舱内结构的破坏或者油气泄漏，因此，舱内液体晃荡程度无论是在载液船舶设计阶段和生产运行阶段都是需要考虑的重要问题。

舱内液体晃荡现象具有较强的非线性，虽然借助试验研究可以真实复原舱内液体晃荡复杂的水动力现象，对晃荡的物理现象和舱内冲击载荷进行研究，但是，试验研究通常只局限于模型试验，不仅需要消耗大量时间，经济成本较高，而且不适用于不受尺寸效应影响的全尺度试验。虽然数值研究方法可以较好地模拟载液船体的晃荡问题，但是不能完全模拟该现象，且精度还有待进一步提高，同时计算效率较低。由于一个海域的海况联合分布表中通常至少有上百种海洋环境参数工况，且舱内液体晃荡的数值计算模拟会耗费大量时间，加大了计算负荷，使得计算时间无法忍受，因此，如何快速高效地预测载液船体舱内液体在不同海况环境下的晃荡程度，为预报恶劣海况下载液船体运动性能提供选择依据，对于载液船舶的生产作业和安全运营至关重要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种载液船体舱内液体晃荡程度的预测方法。能够快速高效地预测载液船体舱内液体在不同海况环境下的晃荡程度，为预报恶劣海况下FLNG(浮式液化天然气船)船体运动性能提供选择依据。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种载液船体舱内液体晃荡程度的预测方法，其特征在于，它包括以下步骤：1)选择带有液货舱的载液船体，对载液船体进行三维建模，并计算载液船体在不同波浪圆频率下各液货舱内液体表面晃动波高；2)根据步骤1)中得到的载液船体各液货舱内液体表面晃动波高，进一步确定载液船体液货舱内液体表面的最大晃动波高；3)采用实际作业海域的海况环境参数数据，计算载液船体在该海域不同海况下的海浪波能谱；4)根据步骤2)中得到的载液船体液货舱内液体表面最大晃动波高和步骤3)中得到的载液船体不同海况下的海浪波能谱确定实际作业海域中各海况的液体晃荡程度参数；5)根据各海况的液体晃荡程度参数获取载液船体液货舱内液体晃荡指标，进一步依据液体晃荡指标预测载液船体液货舱内液体晃荡程度，液体晃荡程度指标越接近1，表示该海况环境下液货舱内液体晃荡程度越强，液体晃荡程度指标越远离1，表示该海况环境下液货舱内液体晃荡程度越弱。

在所述步骤2)中，确定载液船体液货舱内液体表面最大晃动波高所依据的参数公式为：

P(ω)＝Max{ξ_T(ω)/A}(1)

式中，ω为波浪圆频率，ξ_T为液货舱内液面晃动波高，A为波幅，P(ω)为舱内液面波高最大值。

在所述步骤3)中，确定每一海况下海浪的波能谱所依据的公式：

式中，S_ω(ω)为波能谱，H_S为有义波高，T_S为谱峰周期，ω为波浪圆频率，ω₀为谱峰频率，γ为谱峰升高因子，σ为谱峰形状参数；

其中，当ω<ω₀时，σ＝0.07，当ω>ω₀时，σ＝0.09。

在所述步骤4)中，确定每一海况下液体晃荡程度参数所依据的公式：

式中，M为液体晃荡程度参数。

获得载液船体液货舱内液体晃荡指标所依据的公式：

式中，N为液体晃荡指标，max{M}表示包括在各种海况下的载液船体液货舱内液体晃荡程度参数M的最大值。

在所述步骤1)中，采用水动力计算软件对载液船体进行三维建模。

采用计算机语言FORTRAN编写程序进行计算。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明对载液船体进行三维建模，能够快速地计算载液船体各液货舱在不同波浪圆频率下的液体表面晃动波高，通过输入实际作业海域的海况环境参数数据，能够快速地计算载液船体在该海域不同海况下的不规则入射波浪，并且使得载液船体液货舱内液体晃荡程度预测的计算工况大幅度减少，一个海域至少上百种的海况只需计算一次，能够快速高效地预测载液船体舱内液体在不同海况环境下的晃荡程度，提高了计算时间和效率。2、本发明为载液船体的概念设计和基本设计提供参考，能够对预选恶劣海况进行高效计算，计算精度高，为恶劣海况下载液船体运动性能预报提供选择依据，使用方便。

附图说明

图1是本发明的流程结构示意图

图2是本发明浮式液化天然气船舱室的结构示意图

图3是本发明浮式液化天然气船双排液舱的横剖面示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明提出的载液船体舱内液体晃荡程度的预测方法，它包括以下步骤：

1)选择带有液货舱的载液船体，对载液船体进行三维建模，并计算载液船体在不同波浪圆频率下各液货舱内液体表面晃动波高。

首先采用软件对载液船体进行三维建模，并进行网格划分，接着依次输入波浪圆频率、波浪浪向角，载液船体的重量、重心、转动惯性半径，输入各液货舱内液体表面晃动波高的计算点；然后输出每个液货舱内液体表面晃动波高。

2)根据步骤1)中得到的载液船体各液货舱内液体表面晃动波高，进一步确定载液船体液货舱内液体表面的最大晃动波高。

在步骤2)中，确定载液船体液货舱内液体表面最大晃动波高所依据的参数公式为：

P(ω)＝Max{ξ_T(ω)/A}(1)

式中，ω为波浪圆频率，ξ_T为液货舱内液面晃动波高，A为波幅，P(ω)为舱内液面波高最大值。

3)采用实际作业海域的海况环境参数数据，计算载液船体在该海域不同海况下的海浪波能谱。

在步骤3)中，确定每一海况下海浪的波能谱所依据的公式：

式中，S_ω(ω)为波能谱，H_S为有义波高，T_S为谱峰周期，ω为波浪圆频率，ω₀为谱峰频率，γ为谱峰升高因子，σ为谱峰形状参数。

其中，当ω<ω₀时，σ＝0.07，当ω>ω₀时，σ＝0.09。

4)根据步骤2)中得到的载液船体液货舱内液体表面最大晃动波高和步骤3)中得到的载液船体不同海况下的海浪波能谱确定实际作业海域中各海况的液体晃荡程度参数。

在步骤4)中，确定每一海况下液体晃荡程度参数所依据的公式：

式中，M为液体晃荡程度参数。

5)根据各海况的液体晃荡程度参数获取载液船体液货舱内液体晃荡指标，进一步依据液体晃荡指标预测载液船体液货舱内液体晃荡程度，液体晃荡程度指标越接近1，表示该海况环境下液货舱内液体晃荡程度越强，液体晃荡程度指标越远离1，表示该海况环境下液货舱内液体晃荡程度越弱。

在步骤5)中，获得载液船体液货舱内液体晃荡指标所依据的公式：

式中，N为液体晃荡指标，max{M}表示包括在各种海况下的载液船体液货舱内液体晃荡程度参数M的最大值。

上述实施例中，在步骤1)中，采用HydroSTAR软件(水动力计算软件)对载液船体进行三维建模。

上述实施例中，采用计算机语言FORTRAN编写程序进行计算。

下面列举一具体实施例：

如图1～3所示，1)首先采用BV公司的HydroSTAR软件对浮式液化天然气船1进行三维建模，并进行网格划分，接着依次输入波浪圆频率、波浪浪向角，浮式液化天然气船1的重量、重心、转动惯性半径，输入各薄膜型LNG(液化天然气)舱2内液体表面晃动波高的计算点；然后输出每个薄膜型液化天然气舱2内液体表面晃动波高。2)根据步骤1)中得到的浮式液化天然气船1各薄膜型液化天然气舱2内液体表面晃动波高，进一步确定浮式液化天然气船1薄膜型液化天然气舱2内液体表面的最大晃动波高。3)采用给出的南海某海域海况环境参数联合分布情况(如表1所示)，计算浮式液化天然气船1在该海域不同海况下的海浪波能谱。

表1南海某海域各海况环境参数联合分布情况

4)根据步骤2)中得到的浮式液化天然气船1薄膜型液化天然气舱2内液体表面最大晃动波高和步骤3)中得到的浮式液化天然气船1的海浪波能谱确定液体晃荡程度参数。5)重复步骤4)，确定实际作业海域中其它海况下的液体晃荡程度参数，并根据各海况下的液体晃荡程度参数获得液体晃荡指标，进一步依据液体晃荡指标预测液体晃荡程度，当液体晃荡程度指标越接近1，表示该海况环境下薄膜型液化天然气舱2内液体晃荡程度越强，当液体晃荡程度指标越远离1，表示该海况环境下薄膜型液化天然气舱2内液体晃荡程度越弱(如表2所示)。

表2不同海况作用下浮式液化天然气船薄膜型液化天然气舱内液体晃荡情况

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。