汽包水位波动与晃荡热力学模型的开发与仿真研究(英文)

汽包水位波动与晃荡产生的原因有两方面,即水动力学和热力学方面的原因;为建立汽包水位波动与晃荡的仿真模型,建立汽包水位波动与晃荡热力学模型是最根本的,基于模块化建模的方法,以汽包集总参数模型为参考模型,为汽包水位波动与晃荡热力学模型开发了四种可行的建模方案,通过对汽包“虚假水位”与设计工况点的动态仿真结果的研究,确定其中最优的方案作为汽包水位波动与晃荡热力学模型的建模方法,并基于该方法建立了汽包水位波动与晃荡热力学模型,为建立完整的汽包水位晃荡模型与开发先进的汽包水位控制策略奠定了坚实的基础。

长时间规则激励下的二维液舱晃荡试验尺度效应研究

对于大型液舱晃荡问题,目前室内模型试验是能够真实复现晃荡规律最可靠的方法,但模型试验在Froude相似准则下换算得到的原型结果却不一定能与原型实测结果完全一致。因此,尺度效应对结果换算的影响一直为国际研究热点。论文采用缩尺比为1:1、1:2和1:3的系列二维GTT液舱,在长时间横荡规则激励作用下,针对20%载液率开展晃荡试验尺度效应研究。通过Froude相似准则将模型液舱冲击载荷试验结果换算到原型液舱,并对载荷峰值作超越概率统计以及三参数Weibull分布拟合;试验结果表明,将模型结果换算到原型时存在明显差异;通过对冲击过程中流场形态分析发现气液密度比是导致模型和原型结果之间存在较大差异的重要原因。而且,模型液舱比尺越大越能真实反应原型液舱晃荡冲击规律。该研究结果可为大型液舱工程设计提供有益的参考。

液体晃荡自由液面波高的相似关系的实验研究

采用模型实验进行液体晃荡问题研究时,相似关系是模型实验设计及结果分析中的一个关键问题,目前尚没有系统的针对不同比尺下液舱晃荡波高的相似关系研究。本文采用三个不同比尺的二维GTT八边形液舱,对比分析了不同比尺的模型液舱在单次激励下液体晃荡冲击的完整过程。结合波高幅值和高速视频研究波高,结果表明液舱晃荡波高均具有双峰形式,三个比尺的液舱整体流场形式相似,但晃荡冲击的物理现象存在差异。在相同实验介质下,大比尺液舱中晃荡冲击现象复杂,而小比尺液舱中晃荡冲击平缓,分析认为粘性是造成该差异的重要原因。此外,晃荡波高的相似关系与比尺有关。

移动粒子半隐式法中核函数适用性研究

研究了移动粒子半隐式法(MPS法)中核函数的特性。选取溃坝、晃荡和船舶横剖面横摇分别作为不具有边界速度、具有一维边界速度和具有二维边界速度模拟的代表,研究了MPS法中常见五种核函数在上述三种速度边界条件模拟中的适用性。结果表明,在核函数的作用力范围边界时,要求提供适中的作用力,较大的作用力会导致模拟的失败;提供适中作用力的核函数适合于具有一维边界速度的模拟,而提供较小作用力的核函数适合于具有二维边界速度的模拟。

基于水位晃荡的汽包水位水动力学模型的开发与动态仿真研究

基于模块化建模方法开发了汽包水位晃荡的水动力学仿真模型,研究了汽包水位晃荡周期与汽包水位之间的函数关系,汽包水位晃荡周期与汽包尺寸之间的函数关系,以及液体密度和模块划分数目对汽包水位晃荡与波动的影响等,并采用容器里液体晃荡频率解析解理论对模型的正确性进行验证,结果表明:仿真模型可以动态地反映容器里液体的固有晃荡规律,为建立完整的汽包水位晃荡模型与开发先进的汽包水位控制策略奠定了基础。

独立C型液舱制荡装置实验研究

为使学生接触专业科研前沿,更好地培养其科研与创新能力,开展了独立C型液舱制荡装置的设计和实验研究。基于数值仿真实验得到的晃荡载荷,对新型制荡装置的设计参数进行了研究,给出了一组制荡效果较好的设计参数,设计了制荡装置,并将其安装在独立C型液舱模型内进行晃荡模型实验,验证了装置的制荡效果和数值仿真实验方法的有效性。通过该教学和科研相结合的教学实验,提高了教学效果,有利于激发学生的科学探索精神,培养学生运用实验手段解决科研问题的能力。

Development and Theoretic Validation of Model of Drum Level Sloshing

In order to develop a feasible model of drum level sloshing, the mechanism of drum level sloshing was analyzed, and the model of drum level sloshing was developed on the Easy5 software flat. The thermodynamic property of the model was validated by using the reference model, which was set up by using the method of lump parameter. The results indicate that the model can precisely reflect the phenomena of thermodynamic property inside drum, and the numeric error is within 1%. And the hydraulic property of the model was validated by the analytical theory of liquid sloshing, and the results indicate that the hydraulic property inside drum can also be correctly reflected by the model, and the sloshing period error is within 5%. The important work was done for exploring modeling for drum level sloshing, research of drum level sloshing and precision controlling of drum level.

大尺度储舱液体晃荡砰击压力测量方法研究

超大型浮式液化天然气生产储卸装置(Floating Liquefied Natural Gas,FLNG)储舱中液体晃荡引起的砰击荷载会导致舱壁结构强度破坏.室内大尺度晃荡模型实验是最能真实反映砰击物理过程的研究方法.由于液体和气体均具有可压缩性,导致砰击压力瞬时增大,因此,实验研究中如何准确地测量砰击载荷是关键问题.为了研究测量砰击载荷的准确性、灵敏性和可靠性,采用了大吨位的六自由度运动平台与大尺度模型舱,分别采用薄膜型和针孔型压阻式传感器对储舱中液体晃荡引起的砰击载荷进行测量,并对砰击过程进行了实验观测.从时域角度提出了从砰击发生时间来分析流体砰击垂直舱壁的过程,并采用相关性方法分析测量区域内砰击载荷的空间相关性(垂直、水平).结果表明,针孔型压力传感器对气体衰减振荡的物理现象更敏感,而薄膜型压力传感器测量的均值效应较突出;冲击点位置下方的区域在水平和垂向上具有线性相关的特性,建议在冲击点附近采用阵列式压力传感器布局,可以更准确地捕捉冲击点的发生位置和载荷量级.