用FLUENT分析刚性容器内液面晃动问题

指出FLUENT作为一个目前处于世界领先地位的计算流体动力学软件却很少在液面晃动问题中得到应用的原因;通过利用非惯性坐标系中Navier-Stokes方程的表达式,提出用FLUENT软件计算带有自由表面的刚性容器内液体的晃动问题的方法;将3个算例的计算值与理论值及实验值进行了比较,结果吻合良好,从而验证了该模型的正确性.     

运动容器内液体大幅非线性晃动实验研究

为分析液体大幅晃动的非线性效应,对矩形容器内液体晃动的拍振和共振现象进行了相关实验研究.通过振动台对充液容器施加横向简谐激励,观察自由液面的运动形式,并采用压力传感器测量容器侧壁某点处的液体压力时间历程.实验结果表明,对于拍振晃动的情况,能够观察到明显的晃动非线性特征;对于共振晃动的情况,自由液面将很快表现为三维剧烈运动的形式,通用的非线性晃动理论模型已经失效.通过对实验结果与理论模型的数值结果进行比较,讨论了理论模型与真实晃动之间的共性与差异.     

水平激励下椭圆环形截面储液罐内液体的晃动响应

将受迫晃动的液体速度势分解为刚体速度势和摄动速度势,分别得到满足椭圆环形边界条件的刚体速度势及以自由晃动模态为广义坐标系的摄动速度势。将两者代入液体自由表面波条件,通过自由晃动模态的正交完备性建立动力响应方程,求解得到液体晃动响应的解析解。计算结果与有限元结果非常吻合。分析结果表明:储液罐内液体超过一定高度后,液面晃动波高响应将不受液体高度变化的影响;液面晃动波高响应具有滞后性。     

平放圆柱体内液体晃动特性及横向受力分析

基于势流理论研究平放圆柱形贮箱内任意充液比液体晃动问题,用Galekin方法求解该边值问题。研究液体自由晃动问题求出满足边界条件的势函数空间项,分析液体晃动频率随充液比例和半径变化的情况,并与实验结果进行了对比,吻合良好。在液体强迫晃动中从自由液面动力学方程出发消掉空间项得到势函数时间项n阶微分方程并数值求解。推导了液体作用在贮箱上的横向力,并计算不同充液比时地震加速度激励下的贮箱受力。     

圆柱水箱中水平多孔挡板对液面晃动影响的数值模拟研究

液体晃动是一种常见的现象,可能造成飞行器失稳、箱体结构损坏、液面监测困难等危害。因此对液体晃动的抑制受到了广泛深入的研究,其中最常用的方法就是在箱体内部布置挡板。基于Darcy定律的多孔介质模型为模拟多孔挡板提供了简单易行的方法,该文在对比实验结果验证数值模拟方法可靠性的基础上,研究了低频大幅晃动条件下水平多孔挡板不同浸没深度对液面晃动的影响,发现了波峰和波谷变化的规律以及在特殊情况下挡板导致波峰高度增加的现象,并对其机理进行了简要分析。挡板的阻碍对液面造成了扰动,导致液面围绕无挡板情况下的液面位置振荡运动,在特定情况下可能会出现更高的波峰,使得液面晃动看起来更加剧烈。     

基于SPH方法的液体晃动数值模拟

采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法模拟研究贮液容器中带有自由表面的液体晃动问题.应用密度对比法捕捉自由表面粒子,并采用边界排斥力法与镜像粒子相结合的方法处理固体边界.计算了贮液容器中粘性流体的自由晃动以及外部激励下的一阶模态晃动,得到了自由液面的波动和监测断面上的压强分布.将计算结果与理论值以及前人的实验数据对比表明,光滑粒子动力学方法作为一种无网格法,能较好地模拟带有自由液面的液体晃动问题.     

带有弹性隔板的圆柱形贮箱内液体的晃动问题

贮箱内的液体晃动会影响航天器的稳定性。为抑制液体晃动，常在贮箱内布置一些隔板。研究了圆柱形贮箱内液体晃动和弹性隔板振动的耦合问题。在研究中考虑了自由液面边界条件，由于流体和弹性隔板的耦合边界条件比较复杂，在理论分析上有较大的困难。对防晃隔板的上下两部分中的液体分别采用不同的速度势函数，首次利用双势函数导出了耦合频率的方程。通过数值计算得到了基频随隔板位置及刚度变化的规律。     

微重状态下旋转椭球容器内液体晃动特性的研究

本文研究了微重状态下旋转椭球容器内液体的晃动特性。使用Runge—Kutte法给出了静液面形状;使用对一类特征函数展开的方法,得到了液体自由晃动的频率,给出了液体晃动的等效数学模型。并使用计算机得出了数值结果,绘出了动力特性曲线。     

低重环境航天器贮箱内三维液体晃动数值模拟

为了研究低重环境下航天器贮箱内液体晃动的特性,采用了任意Lagrange-Euler有限元方法描述贮箱内不可压粘性液体的运动。用Laplace-Young表面张力公式将表面张力效应引入自由液面边界条件,采用最小二乘数值逼近方法拟合自由液面平均曲率,给出了含表面张力的动力学边界条件的数值计算形式。数值模拟显示:低重环境下,由于表面张力效应,液面平衡位置会升高;该平衡液面与常重情况下的平衡液面有明显不同,可以在任何位置以不同的形状出现。     

容器匀加速运动状态下液体大幅晃动的解析计算

针对矩形容器在匀加速运动下的液体受迫晃动问题,采用基于非线性振动的解析方法求出流体速度势和自由液面波高函数的解析近似解,并分析晃动非线性因素以及外部参数的影响作用.将晃动方程组无量纲化后,运用小参数法将其转化为若干线性偏微分方程组,再使用分离变量法求解.根据解析解表达式,揭示出自由液面波高函数非线性项和底部流体速度势非线性项的主要成分.分析结果表明,晃动非线性效应与加速度平方成正比;充液率的变化使得线性晃动固有频率的数值发生改变,进而对解析近似解造成影响,其影响程度由固有频率曲线的斜率决定.     

舱内晃荡对船舶横摇影响的数值分析

利用两相流模型对带自由面的流动问题进行了数值模拟,计算了舱内水体晃荡对水舱横摇运动的影响。利用计算流体力学软件ＣＦＸ－４,模拟了舱体大幅横摇时水的晃荡、翻卷和重入,通过对不同的舱内水深、不同摇幅的水舱强迫和自由晃荡问题的数值计算,发现舱内水深对晃荡力矩有重要影响,在给定的计算频率下,浅水的影响比深水更大。     

LNG FPSO液舱内储液晃动特性的数值模拟

研究液化天然气(LNG)低温大型SPB型储液罐在海上运动过程中晃动引起的对液舱壁面产生的动侧压力、储液的气液混合情况、储液的晃动幅度及液舱内压力分布。基于VOF(volume-of-fluid)模型模拟二维SPB型液舱内储液的晃动特性,并利用试验数据对模型的计算结果进行了验证。结果表明:模拟数据与试验数据吻合较好;晃动幅度与运输船的初始速度有关,初始速度越大,晃动就越剧烈;不同储液充满率引起的晃动不同,充满率越大,晃动的幅度越小,有利于减小储液的晃动;在液舱内合理的设置阻流板有利于抑制晃动。     

U形渡槽水体大幅晃动的ALE有限元模拟

应用任意拉格朗日-欧拉有限元方法分析大型u形渡槽结构中流体的大幅晃动问题；针对不同的水位，研究渡槽结构在谐波激励和地震作用下的振动反应．数值分析表明，渡槽结构中水体的晃动具有明显的非线性特征，且随着水位的增高，水体晃动的非线性增强；同时存在某一水位使得水体的晃动幅度产生突变增大．     

非线性激励作用下载液容器内液体晃动的数值模拟

通过对周期性边界激励下的圆柱形容器内液体晃动的数值模拟,分析了载液容器壁面受力与外部激励频率、摆动半径之间的变化关系,以及液体晃动幅值、频率与外部激励频率、摆动半径之间的变化关系.分析结果表明:载液容器内的液体在经历了一段调整期后,晃动幅值趋于稳定,晃动频率接近激励频率;当外界的激励频率接近液体固有频率时,液体晃动幅值增大,对容器壁面产生的冲击力增大;液体的晃动频率与摆动半径无关,晃动幅值随摆动半径的增大而减小.该结果对于非线性激励作用下载液容器内液体晃动的研究、保证载液容器的运行的安全,具有重要的参考价值.     

液舱流体晃荡的模型试验

液舱晃荡问题是近年来液货船设计中十分关注的课题之一,它涉及到自由液面的大幅度运动等一系列非线性问题,因此在理论上具有较大的难度,试验研究显得至关重要．文中对已有针对船舶与海洋工程领域的典型液舱晃荡模拟试验进行了简要的总结,并提出了今后应考虑的几个问题．     

Numerical Simulation of Two-dimensional Nonlinear Sloshing Problems

IntroductionSloshing is a phenomenon of great i mportance inengineering such as oil oscillationin a fuel tank,sloshing ofliquid propellant rocket and so on.The liquid in acontainer can be violent if the excitation frequency is closeto the natural frequency of liquid motion in the container,and a strong amplification of liquid motion will occur,which will cause high pressure to act on the container.Since sloshing is so i mportant for engineering,it hasbeen widely studied for many years,and vari…     

三维液体大幅晃动及其抑制的数值模拟

利用 AL E( Arbitrary L agrange- Euler)有限元方法 ,以速度和压力为基本变量 ,数值模拟了圆筒形贮腔中不可压粘性三维液体的大幅晃动问题 .为了避免混合插值在求解三维问题中的数值计算麻烦 ,推导了分步插值的有限元计算格式 ,得到了横向强迫晃动下的速度及压力响应 .根据工程需要 ,对带有圆环形肋板的圆筒形贮腔中的非线性晃动进行了数值模拟计算 ,得到了强迫激励下的速度及压力响应 ,并将得出的一些重要结论与有关实验结果进行了对比分析 .     

Nonlinear phenomena of three-dimensional liquid sloshing in microgravity environment

In astronautic engineering, propellant sloshing, i.e. the oscillatory motion of a liquid propellant in a mov- ing container, is a subject of great importance[1―17]. Sloshing has an unfavorable influence on spacecraft stability and may disturb the flight …     

海洋条件下印刷电路板式换热器多通道内超临界液化天然气瞬态分配特性分析

印刷电路板式换热器（PCHE）是海上LNG浮式储存和再气化装置的核心部件。在海洋条件下,其内部微细多通道间的流量分配特性复杂多变,易急剧恶化,严重影响气化效率和运行安全。本文通过UDF分别引入晃荡导致的周期性变化的附加惯性力及LNG物性计算关联式,构建适用于PCHE内超临界LNG流动与传热的三维非稳态模型,并开展了数值研究。结果表明,相比于初始稳态条件,晃荡过程中PCHE各通道内超临界LNG的流量及温度等参数随之发生周期性的震荡,而且工质分配的均匀性明显恶化,各通道间流量、温度分布的相对标准偏差均显著高于初始稳态值,本文算例中最高甚至达到初始稳态值的3倍以上;晃荡振幅及晃荡频率越大,PCHE各通道间工质的流量分配及温度分布越不均匀;相比于在垂直于通道内工质流动方向上施加晃荡作用力,当在工质流动方向上施加晃荡作用力时,晃荡作用引发的工质分配恶化现象明显较为微弱,通道内参数的震荡幅度明显降低。     

耦合晃动工况下填料塔流体分布性能

基于一套冷模填料塔晃动试验装置研究海上晃动工况对填料塔流体分布性能的影响。根据横摇、纵摇、横荡、纵荡、垂荡、艏摇6个单自由度晃动试验结果,分析筛选出对流体分布性能影响较大的晃动形式。以此为基础两两相互耦合得到两自由度耦合晃动工况。再通过分析塔出口截面处的整体流量分布、环形流量分布、径向流量分布、壁流量分布试验指标,得出两自由度耦合晃动条件下填料塔流体分布规律。结果表明,摇摆及摇摆+摇摆的耦合晃动工况对液体的流动性能影响较大,并且随着晃动幅度增加,流体不均匀性增大。平荡对于液体流动性能的影响较小。