GPU构架下SPH法对LNG液舱晃荡及船艏砰击作用效应的研究

发布时间：2017-12-20 06:18

  本文关键词：GPU构架下SPH法对LNG液舱晃荡及船艏砰击作用效应的研究　出处：《天津大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：随着液化天然气（LNG）需求量的不断增长，LNG运输船的数量以及液舱的容量都在不断增加。航行中LNG船舶局部受到海水的砰击而破坏的威胁也在逐渐增大。此外，由船舶在航行过程中自身的晃荡以及海水砰击产生的晃荡诱导LNG产生的晃荡冲击力可能会导致液舱关键结构的损坏。因此需要对液舱所受的晃荡压力以及船舶外壳所受砰击压力进行连续监控和动态分析，以防止液化天然气运输船被击穿发生灾难性的故障。 围绕LNG运输船舶航行过程中出现的问题，本文分别进行了物理和数值模型实验。数值模型实验运用SPH方法实现，通过运用新型的边界条件处理方法很好的解决了传统SPH方法流体粒子渗透问题和压力场不稳定问题。本文还实现了SPH方法在GPU上进行运算，极大的提升了SPH方法数值模拟的效率。为了研究液舱简谐运动时LNG晃荡幅度的影响因素，设计并进行的一系列不同工况的物理模型实验。由实验结果分析可知，液舱简谐运动时LNG对液舱边壁作用压力呈现出明显的双峰状态，当液舱的晃荡频率接近固有频率时LNG的晃荡幅度较大，同时物理模型实验结果对数值模拟结果起到了验证作用。通过对液舱横向摇动和晃荡简谐运动的单独作用以及组合作用的数值模拟结果分析可知，当液舱运动频率为固有频率时，单独的摇动和晃荡运动形式引起的液舱内部流体对边壁的作用力最大；当液舱以相同的运动频率以及组合相位差为零时，，液舱内晃荡流体对液舱边壁的作用力相对最小。最后通过二维和三维数值模拟实验对海水砰击问题进行仔细的分析，得到了不同时刻流体的自由表面状态、内部压力分布状态、内部速度分布状态以及固体边壁所受流体冲击力的压力历时曲线。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U661;U674.133.3

【参考文献】

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1 王德禹,金咸定,李龙渊;液舱流体晃荡的模型试验[J];上海交通大学学报;1998年11期

本文编号：1311045