组合隔板抑制液舱晃荡机理的数值方法研究

液舱晃荡是船舶与海洋工程领域的热点问题,有效地抑制液舱晃荡、减小壁面冲击载荷关系着船体结构的安全。使用内嵌隔板是抑制舱内晃荡,减小壁面冲击载荷的有效手段。实际工程中,内嵌隔板的最优设计的前提是对隔板抑制晃荡的机理有深入了解。CIP法具有高精度、低耗散等特点,以THINC格式捕捉自由液面,可以再现液面破碎、翻卷、涡旋以及液滴飞溅等现象。基于此法,建立了数值液舱,对比了单一隔板和组合隔板抑制晃荡的效果。结果表明,内嵌隔板的安装在水平位置上应尽量靠近舱底中线,在垂直位置上应尽量靠近自由液面,且液面附近安装的双垂直隔板抑制晃荡能力最佳。

拓扑优化技术在抑制流体晃荡中的数值模拟研究

流体晃荡问题广泛存在于船舶与海洋工程领域,任何部分载液的储罐运载装备在运动过程中均存在晃荡问题.当外界激励频率接近液舱内流体自由液面的固有频率时,很容易产生剧烈的晃荡,产生极大的冲击力,进而引起结构损害.因此,研究有效的减晃方案,以抑制流体晃荡带来的冲击具有重要意义.该文研究了基于自主研制的数值程序模拟长方体液舱内的流体晃荡问题.该数值程序采用有限差分法求解均质不可压缩的三维非定常Navier⁃Stokes方程,利用VOF/PLIC方法对自由液面进行捕捉,并结合基于最优控制理论的拓扑优化程序对液舱内隔板进行优化设计.数值计算了液舱内固定形状的双隔板以及拓扑优化的双隔板的晃荡问题,分析了增设双隔板后流场的运动学和动力学特性.结果表明,拓扑优化后的双隔板抑制流体晃荡的效果更好,为船舶与海洋工程领域和航空航天领域中的晃荡问题提供了一种新的研究思路.

壁面结构形状对流体晃荡影响的数值研究

为了合理抑制流体晃荡的问题,考虑空气可压缩性,通过系统对比不同激励频率下,三种壁面结构形状对晃荡荷载、近壁面波高、流场密度和湍动能的影响,探明壁面结构形状抑制流体晃荡的机理。结果表明:壁面凸起结构改变了流体砰击模式,进而影响了晃荡荷载分布及其作用时间;壁面凸起结构能增加湍流强度,提高能量耗散,从而降低流体对舱壁的冲量,有效抑制流体对结构的持续作用。因此,合理设计的壁面凸起结构形状可以有效降低晃荡荷载冲量,从而有效抑制流体晃荡。

矩形壁面凸起对流体晃荡影响敏感性分析

储舱内的流体晃荡易对薄膜型液化天然气装备造成局部损伤,因此如何合理抑制薄膜型储舱内流体的晃荡一直是海洋工程领域中亟待解决的工程科学问题。本文采用数值模拟方法首先分析采用矩形壁面凸起结构抑制流体晃荡的有效性,并阐明壁面凸起抑制流体晃荡的机理;其次分别分析凸起高度和长度对流体晃荡的抑制效果。结果表明,凸起高度为0.1H时,能够有效抑制流体晃荡;凸起长度为0.3L时,能够有效抑制流体晃荡。该研究结果可为船载液化天然气储舱结构设计提供一定的参考依据。

FPSO卧式三相分离器内液相晃荡抑制的数值模拟研究

由于深海浮式油气生产平台的特殊结构形式,这对平台上的油气处理装置设计提出了更高要求。该文针对FPSO卧式三相分离器内油水相的晃荡规律及其抑制问题,建立了基于VOF方法的适用于平台任意自由度晃动条件下分离器内油水相晃荡分析的数值计算模型,用数值试验的方法分别对FPSO卧式三相分离器在不同放置位置、长径比以及不同气液和油水界面高度等情形下的油水相晃荡位移响应特性进行了对比研究。结果表明,为主动抑制FPSO卧式三相分离器内油水相晃荡,应尽可能使分离器靠近FPSO的纵向和横向旋转中心、分离器的长径比不宜超过3并在满足油气水各相分离质量的前提下应尽量增大气液界面高度并降低水相液位高度。

地震激励下铅铋堆晃荡特性研究

在地震激励下,铅铋重金属流体易在反应堆内发生晃荡现象并导致堆内结构破损,因而对于该现象的研究具有重要意义。本文以反应堆上腔式为模型,基于自研CFD计算平台进行数值模拟。考虑到铅铋反应堆对结构紧凑型设计的需求,对堆内构件排布进行了改进处理,并与改进前进行对比。研究结果表明,改进后的结构在激励频率较低时对晃荡的抑制作用并不明显,随着激励频率的提高,晃荡抑制作用逐渐增强,并将剧烈的晃荡破碎模态转变为较为稳定的旋转晃荡模态。该研究分析了不同工况下铅铋堆的晃荡现象,对堆内构件的排布进行改进处理,并验证了改进效果的合理性,为铅铋堆的设计提供了指导。