薄膜型LNG液舱晃荡压力与结构响应试验

影响薄膜型LNG船大型化的一个关键问题是严重的液舱晃荡冲击压力以及由此引起的复杂和危险的结构动响应,至今模型试验是研究此类问题的最重要的方法。本文以某大型LNG船尺度较大和运动较剧烈的2号液舱为研究对象,设计了精细的三维晃荡试验模型,通过不同载液水平的系列规则和不规则运动激励的晃荡试验研究晃荡冲击压力特性;基于薄膜型液舱围护系统结构性能计算结果,设计四边简支铜板格分析液舱围护系统结构弹性效应;另外,还利用浪高仪测量液舱波面运动情况。试验结果表明不论规则运动激励,还是不规则运动激励,晃荡冲击压力幅值均表现出明显的随机性,工况可能产生远大于单自由度运动工况的晃荡冲击压力。晃荡冲击压力、应力和波面测量结果可为验证晃荡数值方法和液舱围护系统结构设计提供依据。

FPSO船与低充水率下LNG液舱晃荡耦合运动的数值模拟（英文）

应用数值模拟方法对FPSO船舶运动与LNG液舱晃荡耦合问题进行了研究．这种全耦合问题的研究基于开源平台OpenFOAM开发的船舶与海洋工程水动力CFD求解器——naoe-FOAM-SJ-Tu进行计算．液舱内部流场与外部流场同时求解．采用带有两个LNG液舱的FPSO船作为对象进行数值模拟，船舶放开3个自由度运动，并在90。浪向的规则波中进行模拟．液舱充水率为20％～20％，低于船外自由水面高度．这种低充水率的液舱会大大减少船舶的横摇运动，并且舱内的流体情况较为复杂．考虑了4种不同的入射波频率下船舶的运动，与实验结果进行了对比．数值模拟结果与实验结果对比吻合良好，验证了数值求解方法的可靠性．还对大波高情况下带有低充水率LNG液舱的船舶运动进行了数值模拟分析．在船舶运动与液舱晃荡全耦合情况下．观察到了液舱内流体的剧烈晃荡和舱壁的脉冲压力．

考虑晃荡效应的独立B型LNG液舱结构多目标优化

独立B型LNG液舱内部设置舱壁板材及多种桁材,有效缓解了液舱晃荡效应。针对晃荡载荷下的独立B型LNG液舱结构多目标优化,利用规范中的公式计算晃荡载荷,并引入液舱晃荡系数,以期综合反映液舱内部构件对晃荡特性的影响,在此基础上进一步建立以液舱结构重量和液舱晃荡系数为目标的多目标优化模型,采用多目标遗传算法(NCGA),计算得到改进的独立B型LNG液舱结构设计方案。

基于熵产理论的LNG液舱分层翻滚过程及特征研究

采用数值模拟的方法,结合熵产理论分析了LNG翻滚过程中的传热传质特性。计算结果表明,该过程主要包括四个阶段:孕育阶段、翻滚阶段、平复阶段和稳定阶段。在此基础上研究了初始密度差对LNG翻滚过程的影响,定义了平均粘性耗散熵产来进行翻滚强度分析,确定了LNG翻滚临界密度差。同时研究了不同载液率对翻滚的影响。结果表明,对于30%H、60%H、90%H载液工况,其临界密度差分别为1、1、6 kg·m^(-3)。该结果可为预防LNG液舱内发生翻滚提供相应的依据。

薄膜型LNG液舱中浮式制荡板的数值模拟研究

薄膜型液舱广泛用于FLNG(浮式液化天然气储存装置)、FSRU(浮式储存和再气化装置)和LNGC等LNG储运装置,液舱晃荡是目前国际上的一个重要的研究热点。晃荡会产生沿舱壁的爬高和冲击,各国研究人员相继提出了各类制荡措施,以确保液舱安全。该文根据港口工程中浮式防波堤的原理,提出在液舱壁面附近安装浮式制荡板的新设想。首先,针对日本学者提出的在液舱中部放置浮式制荡板的方案,建立带有浮式制荡板的二维液舱晃荡数学模型,并与其试验结果进行对比,验证了该数学模型的有效性;然后,采用该数学模型,对文中提出的方案,进行数值模拟和分析,探讨新型浮式制荡装置对制荡效果的影响,为下一步的结构优化和实船应用奠定基础。

基于MPS方法数值模拟三维LNG液舱的晃荡问题

该文基于自主开发的无网格粒子方法求解器MLParticle-SJTU,将MPS方法(moving particle semi-implicit)应用到三维LNG液舱的晃荡问题中,分别研究了LNG液舱在单自由度纵摇和横摇激励下,装载高度和激励频率对液舱晃荡作用的影响。首先,对装载高度为70%H的LNG液舱在单自由度纵摇和横摇激励下的晃荡问题分别进行了数值模拟,并将计算结果与实验结果进行比较,验证了MPS方法的可靠性。其次,对比不同装载高度,不同激励频率下液舱晃荡的拍击压力和流场分布情况,分析了装载高度和激励频率对晃荡作用的影响,并分析了一阶固有频率和共振频率随装载高度的变化规律。数值结果表明:激励频率对晃荡幅度影响较大;当激励频率在一阶固有频率附近时,会发生剧烈的晃荡现象;52.5%H为危险装载高度,在共振频率下,产生的拍击压力最大。

基于镜像映射原理的LNG液舱压力维持系统H_∞优化控制

针对LNG液舱压力维持系统的压差控制问题,提出一种基于镜像映射原理的H∞优化控制算法.对该压力维持系统的非线性数学模型进行线性化处理,得到一类具有积分不稳定时滞形式的线性模型,采用镜像映射技术将该模型的不稳定极点映射到其关于虚轴对称的复平面左半平面,构建其镜像稳定模型.进而采用H∞最小灵敏度优化算法设计该镜像稳定模型的控制器,分析可知,该控制律能够有效镇定原积分不稳定系统且满足H∞优化性能要求.所设计的控制器可等效为PID控制串联一个二阶滤波器,仅需对滤波器的"稳定度"单个参数进行整定,并引入图形稳定理论对闭环系统中该参数的精确稳定域进行定量分析.仿真结果验证了所提出算法的有效性和优越性.

独立B型LNG船液舱晃荡强度分析方法

为了保证液舱舱容大且无装载限制的新型独立B型LNG船在晃荡载荷下的强度满足使用要求,提出液舱结构晃荡强度直接分析方法。采用规范公式确定液舱晃荡载荷,根据该方法对液舱模型进行粗网格分析,进行典型区域横摇工况下超出应力许用值的精细网格分析。结果表明,该方法可以对独立液舱晃荡强度进行有效评估,其中的精细网格计算结果可真实反映高应力梯度区域的应力情况。分析结果可为液舱晃荡强度评估、液舱结构优化以及同类LNG船的设计开发提供参考。

液舱旋转射流惰化模拟及优化

为探究气体惰化机理,提高惰化过程效率,对卧式椭球状LNG液舱的气体惰化过程进行数值模拟与优化。采用从椭球状液舱端部直流射流、旋转射流和混合射流的进气方式,分析气体射流流场结构和惰化效果,探究不同进气方式对惰化过程影响的机理,并提炼其惰化优化方案。结果表明:在进气流量一定时,旋转射流的惰化效果优于直流射流和混合射流,这是由于旋转射流会产生更大的进气扩张角,可大幅减少惰化死角的存在,有利于在储罐内部形成推移式惰化;旋转射流相对直流射流可节省40.4%氮气量和惰化时间,相对混合射流可节省26.2%氮气量和惰化时间。旋转射流优化方案可减少氮气耗量并节省惰化时间,提高惰化过程效率,具有较高的经济性,对于实际LNG液舱的气体惰化过程具有重要指导意义。

液舱旋转射流气体惰化特性分析

针对LNG液舱壁惰化死角难以惰化、惰化进程监测误差大导致惰化效率低的问题,对C型独立液舱的气体惰化特性进行分析。建立数值模拟模型,分析舱内氧气体积分数及等值面分布形态、体积置换次数、惰化完成时间,比较旋流强度、进气速度和直径占比对惰化过程的影响,探讨其气体惰化特性。结果表明:随着旋流强度增大,惰化完成时间先缩短后延长再缩短,当旋流强度为1.0或1.5时去除惰化死角效果明显,且惰化完成时间短、耗气量少。增加惰性气体进气速度和提高直径占比,可以明显消除惰化死角且缩短惰化完成时间、减少耗气量。对惰化过程监测,采用出口平均氧气体积分数来判断惰化完成情况会造成误判,出口平均氧气体积分数降低至2%的时间与舱内最大氧气体积分数降低至2%的惰化完成时间的最大相对偏差为25.53%,最小相对偏差为1.40%,平均相对偏差为7.00%。因此,建议监测出口平均氧气体积分数,但是应在出口氧气体积分数达到2%后继续延长30%惰化时间,确保舱内最大氧气体积分数达标。