货舱纵隔板对易流态货物舱内晃荡影响的数值研究

发布时间：2020-06-29 08:55

【摘要】：易流态货物是指由细微颗粒与一定量的水组成的一类散装货物。当含水量超过一定限度时,该货物会在机械振动、撞击或船舶自身的摇摆运动等外力的影响下,发生流态化,表现出流动特性。该类货物在IMSBC规则里被称为A组货物,相比于普通散货,在其运输过程中会因货物流态化而更易导致运输船的倾覆,造成严重的人员和财产损失。为了探索货舱内易流态货物在流态之后的运动规律,本文基于粘性流体动力学理论、CFD技术对流态化货物在舱内的晃荡现象进行研究。流态化货物对船舶运动的影响可以通过求解流态化货物在舱内随着货舱进行受迫运动晃荡问题来描述。本文选取57,000载重吨的散货船的典型舱段作为本文研究对象,按照其几何形状建立缩尺比1:66的货舱模型;而关于流态化的货物流变性,本文采用适用于非牛顿流体的Herschel-Bulkley模型以及Bingham塑性模型对其应力-应变关系进行描述。基于上述数值计算模型,本文对不同的货舱受迫运动周期及幅值等条件,首先通过使用二次开发的FLUENT软件来求解其晃荡运动问题,展示了流态货物对货舱的诱导力矩时历曲线以及货物的自由液面变形情况等计算结果,并针对液态水和流态货物的运算结果进行了分析比较。随后,在货舱中部加设完全隔断的纵隔板,对不同含水量的流态易流态货物,查看这些货种在该舱内的晃荡情况,分析该纵隔板的实际作用。最后,设计三种更简单的隔板布置形式进行模拟计算,结果证明针对流态易流态货物,在其表层设置阻碍就可以极大的提高其运输安全性。
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U663.83
【图文】：

状态图,镍矿,流态化,红土

货舱纵隔板对易流态货物舱内晃荡影响的数值研宄逡逑物流态化后将随着船舶晃荡而左右运动，会使船舶稳性和运输安全性大大降低，逡逑甚至导致运输船舶的倾覆，带来严重的人员和财产损失［４］。图１．２所示为红土镍矿逡逑装载时的初始状态和完全流态化之后的状态。逡逑图１．２红土镍矿装载时的初始状态（左）和完全流态化之后的状态（右）逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｉｎｉｔｉａｌ邋ｓｔａｔｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｌａｔｅｒｉｔｉｃ邋ｎｉｃｋｅｌ邋ａｆｔｅｒ邋ｉｔ邋ｉｓ邋ｌｏａｄｅｄ邋（ｌｅｆｔ）邋ａｎｄ邋ｓｔａｔｅ邋ｏｆ邋ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ邋ｎｉｃｋｅｌ邋ｏｒｅ邋（ｒｉｇｈｔ）逡逑ｍ－逡逑为保证散装固体货物的安全运输，规范相关货物操作流程，ＩＭＯ邋（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ逡逑Ｍａｒｉｔｉｍｅ邋Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ，国际海事组织）于１９９７年在ＳＯＬＡＳ公约中新增了第十二逡逑章，用于控制其运输风险；随后通过ＩＭＯ邋Ａ８６２邋（２０）号决议《散装货物船舶安逡逑全操作规则》（ＢＬＵＣｏｄｅ）和ＩＭＯＡ８６６邋（２０）号决议《船员和码头人员对散装货逡逑船的检查指南》，最后ＩＭＯ编制了《国际海运固体散货规则》（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ邋Ｍａｒｉｔｉｍｅ逡逑Ｓｏｌｉｄ邋Ｂｕｌｋ邋Ｃａｒｇｏｅｓ邋ｃｏｄｅ，ＩＭＳＢＣ邋ｃｏｄｅ）并于２０１１年１月１日起作为强制性规负ｉｊ逡逑正式生效。同时，国际上ＩＡＣＳ邋（国际船级社协会）也编制了《避免船体结构过逡逑应力的散货装载和卸载操作指导性文件》和《散装货船船体结构检验、评估和维逡逑修指南》等；而国内

示意图,水舱,模型,示意图

图２．２三维水舱模型示意图逡逑Ｆｉｇ．２．２邋Ｔｈｅ邋ｓｋｅｔｃｈ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋３－Ｄ邋ｔａｎｋ邋ｍｏｄｅｌ逡逑本节计算模型如图２．２所示。其几何参数为２５２ｍｍ＊６４０ｍｍ＊１４０ｍｍ，该水舱逡逑只进行横向的摇摆运动，水舱底部中心下１００ｍｍ处为摇摆运动的摇摆中心。对逡逑于液货在矩形货舱内晃荡的情况，在与横摇轴垂直的液货舱断面尺寸为Ｂ＊Ｈ时逡逑（Ｂ为液货舱宽度，Ｈ为高度），其一阶共振频率％的表达式如下：逡逑？0＝Ｊ＾－ｔａｎｈ邋＾逦（２．２３）逡逑其中：ｇ逦重力加速度，ｍ／ｓ２；逡逑ｄ－一液货装载深度，ｍ；逡逑——￡￣Ｘ逡逑ｔａｎｈ（ｘ）邋＝邋—逦ｊ。逡逑ｅｘ邋＋邋ｅ￣ｘ逡逑本节研宄和计算对象虽然是三维的，但是其运动方式为围绕横摇中心的横向逡逑横摇运动，其运动方式为二维的，可以根据上式计算出本液舱晃荡系统的一阶共逡逑振频率０＾邋＝２．６５ｒａｄ／ｓ邋

【参考文献】