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．     

基于VOF和浸入边界法的粘性二相流模型对LNG液舱晃荡的数值模拟

摘要 本文采用基于Volume of Fluid（VOF）方法和浸入边界法的粘性二相流模型对LNG液舱（棱形液舱）的晃荡问题进行数值模拟。粘性二相流模型采用一套控制方程进行处理。整个计算区域为矩形,自由液面的跟踪和更新采用VOF方法,斜边边界的处理考虑用到浸入边界法,把边界以外的当成是固体,在对VOF中的体积分数F的处理时引入通度系数以适应斜边边界。最后模拟得到液舱横荡的运动过程,对研究这一类型的晃荡运动具有参考价值。     

基于VOF和浸入边界法的黏性二相流模型对LNG液舱晃荡的数值模拟

采用基于Volume of Fluid(VOF)方法和浸入边界法的黏性二相流模型对LNG液舱(棱形液舱)的晃荡问题进行数值模拟。黏性二相流模型采用一套控制方程进行处理。整个计算区域为矩形,自由液面的跟踪和更新采用VOF方法,斜边边界的处理考虑用到浸入边界法,把边界以外的当成是固体,在对VOF中的体积分数F的处理时引入通度系数以适应斜边边界。最后模拟得到液舱横荡的运动过程,对研究这一类型的晃荡运动具有参考价值。     

基于非均质多相流模型的液舱晃荡数值模拟

应用非均质多相流模型对不同装载率和激励频率下矩形液舱的横摇晃荡运动进行了数值模拟.分析了液体重心的横向和纵向运动情况,计算了不同工况下自由液面形状与速度场分布以及舱壁测点处压力的时间历程和相应的功率谱密度.模拟结果与均质模型计算结果和试验结果的对比分析验证了非均质模型在模拟液舱晃荡时的优越性.     

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。     

用移动粒子半隐式法模拟液舱横摇晃荡现象

应用移动粒子半隐式法（MPS）模拟了半满粘性液舱的横摇晃荡运动.模拟中每个时间步分为显示和隐式两步,控制方程中利用粒子与周围粒子之间的关系取代了传统方法中的差分项,利用粒子数密度的变化来判别自由表面.MPS法作为一种Lagrange数值方法,存在着粒子穿透现象.文中使用了一种防穿透方法,取得了较好的结果.结果表明,MPS法在复杂曲面的布点及自由表面的表现上有一定的优势.     

减摇水舱晃荡运动数值模拟研究

减摇水舱是一种全航速下都能起到减摇效果的减摇装置,研究减摇水舱在晃荡运动过程中减摇力矩的变化规律,是一件很有意义的工作.首先,考虑到减摇水舱在晃荡运动的过程中水舱角的变化对阻尼系数的影响,将阻尼系数看作一个时变的函数;然后求解船舶-水舱系统横摇方程,计算不同频率简谐运动形式下,减摇水舱对于船舶提供的减摇力矩;最后应用CFD方法,对水舱在上述运动形式下的晃荡过程进行3D数值模拟,求得的减摇力矩与理论计算值比较吻合.该研究工作为减摇水舱减摇力矩的计算提供了一个新方法,同时也为下一步的研究奠定了理论基础.     

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.     

三维菱形液舱剧烈晃荡和共振频率数值研究

为了预报真实液化天然气(LNG)船液舱的共振频率,采用基于直角网格的三维多相流模型,模拟了不同充液水深和激励频率的菱形液舱剧烈晃荡问题.该数值模型采用时间半隐式有限差分法在交错直角网格上求解不可压缩两相流Navier-Stokes(N-S)方程,采用径向基函数虚拟网格法(RBFGCM)处理不规则舱壁结构和,用三维梯度增...     

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。     

SPH方法在溃坝流动模拟中的应用

光滑粒子（smoothed particle hydrodynamics, SPH）方法是一种新近发展的可用于流动模拟的无网格数值方法，理论上能够适应任意变形，在模拟流体流动的剧烈变形时有显著的优势.但是流动的初始、边界条件和一些计算参数的选取都会对计算结果产生较大的影响.作者基于SPH方法的基本原理，全面考虑了各种定解条件的设置，独立发展了一套用于模拟不可压自由表面流动的SPH2D程序，并应用于溃坝流动的模拟之中.SPH模拟结果与Harlow和Welch经典的MAC（marker and cell）结果非常吻合，验证了方法的准确性，为SPH方法的进一步发展和广泛应用奠定了一定的基础.     

一种在ANSYS中模拟磁流变液的方法

磁流变液在零场时,符合牛顿流体的力学特征,在ANSYS中可用流体单元FLUID142模拟.而处于磁场作用下的磁流变液还呈现出一定的类固体特征,在ANSYS中尚无完全合适的单元进行模拟.本文提出一种在ANSYS中模拟磁流变液在屈服前阶段力学行为的方法,即重合单元法,主要思想是采用重合的两种单元分别模拟磁流变液的流体特性和...     

一种新型地层裂缝液固两相径向流动物理模拟方法

裂缝滤失和堵漏是油气田开发与增产改造的关键,但目前对裂缝中液固两相径向渗流缺少物理模拟研究。提出一种新型物理模拟实验方法,该方法的创新点在于基于Eascan-D光电扫描技术和MATLAB建模方法成功设计了地层裂缝径向流动模拟实验装置。该装置能更佳符合真实的地层裂缝空间形态特征、可视化模拟井眼和地层裂缝的径向流动。并通过实验分析验证了装置的可靠性,结果表明颗粒在孔喉较小处沉积并堵塞,且流速越小,堵塞效果越好;平均开度相同的模拟天然裂缝出口流量较小,说明了在解决裂缝漏失问题时需要考虑裂缝面形态特征对流体渗流的影响。实验装置对堵漏颗粒的选择与堵漏剂的堵漏效果评价,以及认识井下裂缝内液固两相流动规律有重要的指导意义。     

基于VOF方法数值模拟离心式喷嘴内两相流流动

离心式喷嘴内的气液两相流动是影响喷嘴雾化特性的重要因素.利用FLUENT软件,基于VOF(volume-of-fluid)方法对离心式喷嘴内的气液两相流动进行三维数值模拟.模拟计算很好地捕获了燃油在离心式喷嘴内所形成的空气涡及雾化锥角,所得的喷嘴内压力分布、相分布与雾化锥角反映出该离心式喷嘴内流动特点,并与试验结果吻合较好.同时还计算了不同入口压力下喷嘴出口处的速度与雾化锥角,结果表明,随着入口压力的增加喷嘴出口速度增加,但对喷嘴雾化角影响较小.因此,数值模拟方法为离心式喷嘴的设计与雾化性能预报提供了必要的边界条件与理论基础.     

多重网格在黏性流动最小二乘等几何模拟中的应用

针对最小二乘等几何方法模拟黏性流动时条件数大、迭代法收敛速度慢的问题,提出了基于多重网格技术的加速方法。计算中自动生成一系列疏密不同的网格,在最密网格上用最小二乘等几何方法将Navier-Stokes方程离散为代数方程组,用多重网格方法作为独立求解器或共轭梯度法的预处理器迭代求解所得到的代数方程组。对雷诺数为100、400、1 000和2 500的顶盖驱动流进行了数值模拟,计算中进行23次迭代可使方程组的余量降低10个数量级,流动特征量的计算误差在1%以内。计算结果表明,通过多重网格技术加速迭代,提高了最小二乘等几何方法模拟黏性流动的计算效率。     

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。     

Level Set方法在自由面流动数值模拟中的应用

采用建立在固定的交错网格上隐式追踪界面的Level Set方法来计算有自由面的流动问题．在计算中求解了两种互不相溶流体的N-S方程．所参考的算例是瞬时溃坝问题，计算结果和实验观测基本符合，表明Level Set方法在液体自由面数值模拟中具有一定的适用性．     

塑料异型材挤出流动的一种数值模拟方法

提出一种基于横截面法和流动路径法的异型材挤出成型中熔体在模头内流动的数值模拟方法。此方法的主要特点是三维流动问题转变为一个一维和一个二维问题求解,它可预测截面复杂的异型材挤出模头压力降和具有多个分支流道的挤出模头出口处物料的平均流速,并用实际算例说明了数值模拟的特点和用途。     

一种网格加密方法在壁温响应模拟中的应用

通过引入径向距离变换函数，建立一种与身管温度梯度变化相适应的网格划分方法。计算表明，该法可以有效避免预测结果振荡、加快收敛速度。在利用微型机模拟和监控多发连续射击状况下特种弹发射热安全性问题的研究中，该方法得到应用。