液舱内浮子式及泡沫式减晃技术的水动力特性研究

发布时间：2020-07-11 10:59

【摘要】：液体晃荡是指未全部装载液体的容器受到外部激励作用时,容器内部的液面自由波动的现象。这种现象时常发生在运输液化天然气(LNG)的液舱内,当液舱的激励频率接近液舱固有频率时,舱内的液体会发生剧烈的共振晃荡,产生极大的冲击力,严重威胁液舱结构安全。因此提出和研究有实际应用价值的减晃荡方法十分必要。本文提出了浮子式减晃结构方法,并基于势流理论,采用边界元方法建立了带有柱形浮子结构的三维方形液舱模型,实现了复杂液舱内液体自然晃荡频率和模态的预报,分析了不同位置、吃水和半径的减晃浮子对液舱自然晃荡频率的影响规律,以及液深对浮子减晃效果的影响。研究发现:与无浮子液舱的自然晃荡频率相比,采用浮子结构后液舱的自然晃荡频率普遍降低;当浮子靠近且沿着液舱边界运动时,舱内液体自然晃荡频率的变化范围最大;在其他条件不变的情况下,大半径、大吃水浮子运动时,对液舱自然晃荡频率的影响更为明显。本文提出固体泡沫圆球式减晃荡方法,并采用不同直径的泡沫圆球开展了物理模型实验,研究泡沫对液体晃荡水动力特性的影响。小直径泡沫圆球之间的接触不受形状限制被视为“完全接触”,所以本文对小直径泡沫圆球的研究基于其铺设厚度的改变,首先探究给与液舱不同激励频率时,铺设厚度不同的泡沫在三种液深工况下发挥的减晃效果,减晃效果主要体现在舱内稳态波高及舱壁动水压力的降低,然后改变液舱的激励幅值时,研究泡沫的减晃效果。研究发现:泡沫可以有效地抑制舱内晃荡,降低舱壁的压力幅值;泡沫厚度的最佳选择为舱内液深的十分之一;较大激励幅值时,泡沫可以明显地抑制波浪破碎。较大直径泡沫圆球之间接触时由于形状限制被视为“点接触”,所以对较大直径泡沫圆球的研究基于改变其铺设层数,首先探究不同直径、不同层数的泡沫在不同液深工况下对舱内稳态波高和舱壁动水压力的影响,然后采用控制变量法研究泡沫圆球之间接触个数、自由液面之上泡沫质量对减晃效果的影响。研究发现:直径为0.01m的双层泡沫为最佳选择,其可以将稳态波高降低至少55%,并且明显减弱液体晃荡的非线性特性;相同泡沫层厚度工况下,较小直径的泡沫总是比较大直径泡沫的减晃荡效果更好;在自由液面上铺设的泡沫质量相同的情况下,泡沫圆球之间接触个数越多,减晃效果越好。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U674.38

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本文编号：2750313