基于FLUENT的不同内部结构液舱晃荡抑制分析

船舶液舱晃荡是一种常见的流体运动现象,通常发生在部分充满液体的液舱中,诸多工程实际应用往往会涉及到液体晃荡问题;当液舱与船体运动发生耦合,将使船体运动加剧甚至倾覆,运用Fluent6.3模拟了液舱在不同内部结构下的液舱晃荡抑制效果,提出了晃荡在激励下的变化规律以及抑制晃荡的改进措施。     

液体晃荡压力分布规律OpenFOAM模拟研究

利用振动台试验数据对基于开源程序OpenFOAM建立的液体晃荡模型进行了验证．利用验证后的数值模型研究了液体深度与液舱长度比为0.15和0.33两种工况下,矩形液舱在不同频率下的液体晃荡压力分布规律．冲击压力最大值及其均方差对频率的响应曲线显示液体深度与液舱长度比为0.33时比0.15时更容易发生剧烈的晃荡现象．不同液体深度的晃荡冲击压力对频率的响应曲线呈现不同的规律：对浅水晃荡来说,压力最大值随着频率的增大先缓慢增大后快速减小;对有限水深晃荡来说,压力最大值随着频率的增大先快速增大后缓慢减小．晃荡压力沿舱壁的垂向分布规律表明最大冲击压力位于自由液面稍上处,并且位于最大冲击压力位置之下的压力沿舱壁的分布规律均可以拟合为二次多项式形式．     

浮式液化天然气系统液体装载船体的耦合响应

开发了一套分析浮式液化天然气(FLNG)系统中船体运动与液舱晃荡耦合响应的数值模拟程序.该程序基于频域势流理论获得船体的频域水动力系数,并根据脉冲响应理论(IRF)实现船体运动的时域计算;基于势流理论采用边界元法进行液舱晃荡的时域预报;通过迭代计算实现运动与晃荡响应的耦合预报.开展模型试验研究固体、液体装载船体在波浪中的运动响应.结合数值计算结果和试验结果研究晃荡和船体运动的耦合机理,讨论了不同液舱布置形式下的耦合响应变化.结果表明:液舱晃荡会显著改变船体的横荡、横摇运动响应,对垂荡运动影响较小;改变液舱宽度可以减小横摇运动引起的晃荡幅值,而横荡激励的晃荡响应主要与晃荡固有频率有关;液舱垂向位置变化仅改变与横摇模态的耦合响应,与横荡运动的耦合作用不变.     

船舶液货舱晃荡模拟系统研制

主要设计了船舶液舱晃荡模拟系统的机械结构、液压驱动系统以及信号输出控制系统。通过机械机构部分实现晃荡中心改变,液压系统与信号控制系统实现晃荡振幅、晃荡频率改变。系统的晃荡平台可以承载不同大小的模拟液舱,使实验多样性。最后进行了系统调试试验,分析系统误差产生原理,对以后的研究有着重要的指导意义。     

独立C型液舱晃荡模型实验研究

船舶液舱晃荡是船舶水动力学的研究热点,为使学生充分理解液舱晃荡问题,针对独立C型液舱,设计了晃荡模型实验,研究了激励幅值、液位高度以及激励频率对晃荡载荷的影响。实验结果表明:当纵摇频率接近舱内液体晃荡固有频率时,晃荡较为剧烈;液位越高,晃荡越剧烈;激励幅值越大,产生的晃荡载荷越大。该实验可将晃荡现象直观呈现出来,便于学生对液体晃荡机理的理解,提高了教学效果,有利于激发学生的科学探索精神,培养学生运用实验手段进行科学研究的能力。     

不同海浪谱激励下矩形液舱内液体晃荡试验研究

在振动台上试验研究了矩形液舱在宽频带Bretschneider谱与窄频带JONSWAP谱分别激励下的随机晃荡自由液面波特性及其对液舱内壁的冲击压力分布规律,并详细讨论了两种海浪谱作用下自由液面高程最大值及动态压力最大值随谱峰周期和有效波高的变化关系.研究发现相同有效波高、谱峰周期条件下,Bretschneider谱激励下的液体晃荡比JONSWAP谱激励下的液体晃荡更为剧烈.自由液面高程频域分析表明两种海浪谱作用下的自由液面波形状主要受液舱最低固有频率调制,晃荡波能量主要集中在液舱最低固有频率上,且液舱内各测点处的最大动态压力从液舱底部到自由液面处依次增大.     

LNG独立C型液舱晃荡特性试验研究

与LNG运输船不同,LNG加注船的液舱会经常处于部分装载状态,故液舱晃荡问题必须予以考虑.由于目前LNG加注船主要采用独立C型液舱,针对该种形式液舱,使用模型试验,系统研究了不同载液高度、激励频率及激励幅值影响下的晃荡情况.讨论分析了其晃荡时自由液面的波形特征,对中间液深工况下,自由液面在舱顶的影响下出现的波形进行分类.通过对晃荡荷载的统计分析,发现产生最大荷载的激励频率与理论固有频率有所偏差,且该偏差会随着液位的升高而降低.此外,在荷载空间分布方面,载液高度为0.6 D_i(D_i为模型液舱直径)时,自由液面在封头处破碎严重,会对液舱封头上部产生较大冲击;而在0.8 D_i载液高度时,应充分考虑0.8f_n(f_n为理论固有频率)至1.2f_n激励区间内的顶部冲击荷载.     

垂直隔板开孔率对液体晃荡影响的试验

为了研究垂直隔板开孔率对液体晃荡特性的影响,采用六自由度运动模拟平台,在外激励频率为0.8～1.2倍无隔板液舱一阶固有频率范围内,对安装不同开孔率垂直隔板的矩形液舱开展了一系列晃荡试验.试验结果表明:不同外激励频率作用下开孔率为0.1的开孔隔板在减小液体最大晃荡波高和部分位置的最大冲击压强等方面优于无孔隔板;开孔隔板抑...     

大型油船液舱晃荡载荷与结构响应研究现状分析

大型油船在海上航行遇到恶劣的海况,并由此经受剧烈的晃荡载荷,船体运动引起的燃油晃荡运动及其对液舱结构的抨击问题越来越受到研究和设计者们的重视。尤其是燃油货舱在部分装载的情况下,大幅晃荡引起的抨击压力对舱室结构可能造成严重的破坏。液体晃荡一旦船舶失稳或是结构遭到破坏,所带来的不仅是经济上的损失,更伴随着环境的污染,危及人员的生命安全。因此,很有必要找到一套方法来对液舱晃荡与液舱结构的耦合作用进行模拟和分析,准确的计算出液体晃荡对结构产生的作用力。     

基于CLSVOF方法的两层液体晃荡数值模拟

采用CLSVOF界面捕获方法对矩形舱两层液体晃荡问题进行了数值研究.首先,开展了数值自由衰减测试,验证线性势流理论得到的系统固有频率的准确性,并根据固有频率的计算值确定了模拟工况.然后,探讨了外部激励频率稍微偏离系统固有频率时,液液界面出现的拍频现象.最后,对比了计算和试验得到的液液界面形状以及高度时间历程,验证CLSVOF方法在模拟两层液体晃荡时的准确性.研究结果表明:数值方法可用于计算两层液体系统的固有频率并研究两层液体的晃荡特性;当液舱外部激励频率稍微偏离系统的固有频率时,液液界面也会像自由表面一样出现拍频现象,拍频波的频率取决于系统的固有频率以及液舱激励频率,频率值为二者差的绝对值.     

充液椭球形Cassini贮箱刚-液耦合晃动特性试验研究

针对火箭发生刚-液耦合晃动现象时，箭体产生的横向偏移和姿态偏转难以在地面有效模拟的问题，设计并提出了一种基于六自由度平台的地面刚-液耦合晃动实验装置及方法，介绍了该装置的基本结构系统、刚-液耦合晃动实现方法及流程。在不同激励频率和多组充液高度下，对无挡板贮箱的刚-液耦合晃动位移进行了试验研究，发现激励频率与刚-液耦合晃动位移之间满足三次多项式函数关系。此外，从液体晃动的被动控制角度出发，在相同工况下对比探究了薄膜浮板与环形挡板对液体晃动的抑制效果，并对两种挡板结构下的晃动位移差异进行了解释分析。实验发现：薄膜浮板在不同充液高度下的“频率-位移”曲线趋势基本一致；而环形挡板与初始液位高度水平时，其对液面晃动的抑制效果最明显。     

棱形液舱内液体晃荡问题的SPH数值模拟

应用改进的SPH方法模拟棱形液舱在不同充液比、横摇激励频率工况下的液体晃荡行为。该方法能模拟出液体大幅度非线性晃荡产生的翻卷、破碎等现象,模拟结果与实验结果吻合较好。通过改变舱体结构,对带有隔板的棱形液舱进行数值模拟,分析隔板对液体晃荡特性的影响。结果表明:充液比及激励频率对液体的晃荡特性有重要影响,且适当改变箱体结构可以有效地抑制晃荡现象。     

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.     

晃动分量对储罐地震响应的影响研究

基于Haroun模型,考虑罐壁液固耦联及罐体的平动和转动,将储罐体系简化为三质点体系力学模型,罐内液体质量等效为对流质量、脉冲质量和刚性质量,通过时程分析法计算储罐的地震响应,并与不考虑液体晃动分量影响的两质点体系的地震响应进行对比,分析晃动质量对储罐抗震的影响。以系列储罐为例,分析两种体系不同场地储罐的地震响应。结果表明：通过两质点体系模型计算的基底剪力和基底弯矩与三质点体系的计算结果相差不大,实际工程中,可以按照两质点进行计算分析;按照三质点体系模型进行计算能够得出液体的晃动波高,利于分析液体晃动对浮顶产生的影响,因此在进行储罐抗震计算时,将储罐简化为考虑液体晃动分量的三质点体系力学模型便于分析晃动效应。     

带有充液容器的压电结构晃振建模研究

为了利用压电驱动器作为主动元件抑制带有充液容器的结构晃振,需要对压电结构晃振进行精确建模。本文针对一个自由端部带有充液容器的压电悬臂结构,利用有限元方法对无充液情况下的压电悬臂结构进行模态分析并建立其状态空间表达式,利用质量摆等效力学模型描述容器中液体晃动,将推导出的压电悬臂结构模型和液体晃动模型耦合得到整个系统晃振模型。通过试验分别验证不同充液水平下的晃振模型的频率 和Bode图,结果表明建立的带有充液容器的压电悬臂结构晃振模型及其状态空间表达式可用于控制设计。     

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 …     

挠性充液卫星姿态动力学建模研究

为了研究带重力梯度杆的充液卫星姿态动力学 ,利用带端质量的等效悬臂梁模型及液体晃动的等效力学模型 ,即一组球面摆和一个轴对称圆盘 ,建立了挠性充液耦合的卫星姿态动力学方程。根据某微小卫星的具体参数 ,利用多变量控制系统极点配置选取了 3个反作用飞轮的控制率 ,通过数值仿真计算 ,得到了刚柔耦合及挠性充液耦合卫星姿态角的变化规律。仿真结果表明 ,采用三轴反作用飞轮控制方法 ,并对挠性振动进行动态补偿 ,可以改善姿态控制精度 ;同时得到了液体晃动对姿态角精度的影响     

纵向竖条防晃板对液体晃动特性的影响

液体推进剂的晃动特性对大型液体运载火箭以及弹道导弹的飞行动力稳定性有很大的影响，为了使战略弹道导和航天运载器具有良好的飞行稳定性，就必须提高其内部液体推进剂的晃动阻尼，抑制液体的晃动，从而达到动力稳定的设计要求，常产加液体晃动阻尼的措施是在推进剂贮箱内安装防晃板。纵向竖条防晃板是一种常用的防晃挡板，该文通过对液体晃动时液体与纵向竖条防晃板之间的液动力所做的虚功与局部阻力所耗散的能量的计算，求出液本     

微重时矩形容器内液体自由晃动等效力学模型

研究微重环境下矩形容器内液体晃动动力学, 用付氏级数展开法, 得到液体自由晃动的频率与速度势． 用力的等效原理建立了液体自由晃动弹簧振子阻尼器等效力学模型, 并给出数值结果