FLNG船舶运动与液舱晃荡耦合作用问题的数值模拟与实验研究

发布时间：2020-10-26 05:24

【摘要】：船体运动引起液舱晃荡,舱内产生的晃荡力或力矩又将反作用于船体,影响船体运动形态。由于载液船舶(FPSO、LNG、FLNG等)大型化发展及工作效率和安全性能的不断提高,船舶与液舱晃荡耦合作用的运动问题愈加严重。针对该问题,本文基于采用边界元法建立的船舶运动预报模型与液舱晃荡的频域预报模型,进一步开发了考虑液舱晃荡效应的耦合运动数值频域预报模型,结合数值模拟与水池实验共同研究船舶吃水、加载液舱个数及液舱装载率等各参数对船舶运动的影响及其作用机理。本文的研究内容主要分为以下三个方面:船舶运动预报、液舱晃荡预报、考虑液舱晃荡耦合作用的船舶运动预报。首先,基于流体力学中的线性势流理论,采用高阶边界元方法,建立了波浪与三维结构物作用的计算模型。并选取某艘FPSO船型,将本程序计算结果与采用水动力计算软件AQWA、Hydrostar的计算结果进行对比分析,验证该程序的准确性,为船舶运动预报提供了计算方法;兼顾程序计算准确性与计算效率,将船舶运动与液舱晃荡的频域计算方法结合起来,建立了考虑液舱晃荡耦合影响的船舶运动频域控制方程,获得了考虑液舱晃荡耦合作用的船舶运动响应,并以某艘装载了两个液舱的FPSO船型为算例,验证了该计算方法的准确性。对比分析前后液舱在不同装载条件的船舶运动响应RAO,发现船舶的横摇固有频率出现偏移现象、耦合横摇运动幅值存在多个峰值、且液舱装载条件不同对船舶横摇运动响应RAO的影响也不同等现象。通过开展船舶横摇模型实验,对船舶在不同吃水、不同加载液舱个数和不同液舱装载率等各种不同工况下的运动响应研究,系统研究了液舱晃荡对船舶运动响应的影响,为考虑液舱晃荡作用的载液船舶运动设计提供了一些参考价值。
【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】：U661
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 载液船舶运动的研究与进展
        1.2.1 船舶在波浪作用下的运动性能研究
        1.2.2 液舱晃荡问题的研究
        1.2.3 船舶运动与液舱晃荡的耦合作用研究
    1.3 本文研究内容
2 船舶运动与液舱内流体晃荡耦合作用基本理论
    2.1 引言
    2.2 船舶运动理论
    2.3 液舱内流体晃荡理论
    2.4 船舶运动与液舱内流体晃荡耦合作用理论
    2.5 本章小结
3 船舶运动与液舱内流体晃荡耦合作用数值模型验证计算分析
    3.1 引言
    3.2 波浪作用下船舶运动的数值模型验证计算分析
        3.2.1 计算船舶的各主要参数
        3.2.2 计算网格的收敛性分析
        3.2.3 计算结果与分析
    3.3 船舶运动与液舱内流体晃荡耦合作用数值模型验证计算分析
        3.3.1 计算船舶与液舱的各主要参数
        3.3.2 计算网格的收敛性分析
        3.3.3 计算结果与分析
    3.4 本章小结
4 FLNG船模横摇运动实验研究
    4.1 引言
    4.2 实验内容
    4.3 实验设备
        4.3.1 实验水池
        4.3.2 测量仪器
    4.4 相似定律简介
    4.5 模型制作
        4.5.1 船模制作
        4.5.2 液舱模型制作
    4.6 模型校准
    4.7 设计工况
    4.8 系泊方式
    4.9 实验过程
        4.9.1 静水自由衰减实验
        4.9.2 规则波RAO实验
    4.10 本章小结
5 数据处理与分析
    5.1 引言
    5.2 船舶运动与液舱晃荡耦合作用数值计算模型
        5.2.1 数值计算模型
        5.2.2 计算网格的收敛性分析
    5.3 模型实验现象总结
    5.4 静水自由衰减实验结果分析
    5.5 规则波横摇RAO实验数据结果分析
        5.5.1 空船实验数据与数值计算结果对比分析
        5.5.2 单舱不同装载实验数据与数值计算结果对比分析
        5.5.3 双舱不同装载实验数据与数值计算结果对比分析
        5.5.4 三舱不同装载实验数据与数值计算结果对比分析
        5.5.5 不同吃水三舱装载实验数据与数值计算结果对比分析
        5.5.6 相同吃水三舱混合装载实验数据与数值计算结果对比分析
    5.6 不同参数对船舶横摇RAO影响分析
        5.6.1 不同吃水对船舶横摇RAO影响分析
        5.6.2 不同液舱装载率对船舶横摇RAO影响分析
        5.6.3 不同加载液舱个数对船舶横摇RAO影响分析
        5.6.4 三舱混合装载对船舶横摇RAO影响分析
    5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

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本文编号：2856559