本文選題：液艙晃蕩 + FSRU��； 參考：《江蘇科技大學》2016年碩士論文

【摘要】：隨著FPSO、FSRU(Floating Storage and Re-gasification Unit)等大型載液船舶需求的增加,液艙晃蕩這一經(jīng)典問題再次受到學術界以及工程界的高度關注�；问幯芯糠椒ㄖ饕ㄔ囼炑芯�、理論研究以及近幾年發(fā)展較快的數(shù)值方法等。其中,試驗研究結果準確,但研究周期長,成本也相對較高;理論研究在非線性方面的研究進展并不理想;數(shù)值模擬方面,相比計算時間長、占用資源大的有限元法以及計算流體方法,邊界元法研究液艙晃蕩更受研究者青睞。因為邊界元法可以將研究問題降低一維來處理,在保證準確性的同時降低計算要求,減少計算時間。然而,邊界元法往往會出現(xiàn)由于格林函數(shù)pq/1r的分母趨于零所帶來的奇異積分的問題。針對這一問題,本文中應用的去奇異邊界元法(DBIEM)將傳統(tǒng)作法中原本直接布置于流體計算域表面節(jié)點上的所有奇點,移至計算域外面,即將積分表面與計算域表面分開,這樣就很好的解決了奇點問題。本文除驗證該方法準確性與適用性之外還將其應用于工程當中。以329mLNG-FSRU船為研究對象,研究FSRU船舶與液艙耦合作用下船體運動響應及液艙內部流體運動形態(tài)。主要內容如下:(1)建立FSRU船舶運動方程。根據(jù)三維頻域勢流理論中自由面格林函數(shù)方法,推導得到船舶在規(guī)則波中受到的波浪力,輻射力,繞射力等。接著求解船舶在波浪中的運動方程,計算得到船舶在波浪中六個自由度的運動響應。(2)通過傳統(tǒng)邊界元法,考慮液艙與FSRU船舶的頻域耦合作用,基于BV水動力計算軟件HydroSTAR分析帶液艙船舶的水動力系數(shù)及運動響應,得到液艙、船體耦合作用下船舶運動響應,對比分析獲得液艙晃蕩對波浪中運動船舶的影響。接著進一步分析討論了不同液艙形狀,布置等情況下船舶運動受影響程度的大小。(3)基于去奇異邊界元法,建立了模擬液艙內流體晃蕩問題的流體動力學數(shù)值模型,并利用Fortran基于此方法研發(fā)了一套可以模擬任意尺度液艙晃蕩的程序。研究了該方法的可靠性;確定了網(wǎng)格、時間步長、去奇異距離的取值范圍;模擬了單向、雙向不規(guī)則波激勵下液艙內部流體的晃蕩。(4)模擬FSRU實船液艙船體耦合下內部流體運動形態(tài);選取典型工況下船體液艙耦合作用下船舶運動響應,通過程序將其施加為液艙邊界條件。最終得到六個自由度運動共同作用時液艙船體耦合作用下液艙內部流體運動形態(tài);為設計載液船舶或減搖水艙等的前期設計提供了快速有效的分析方法和技術手段。
[Abstract]:With the increasing demand of FSRU (floating Storage and Re-Gasification Unit), the classical problem of tank sloshing has been paid more and more attention by the academic and engineering circles. The research methods of sloshing mainly include experimental research, theoretical research and numerical methods which have been developed rapidly in recent years. Among them, the experimental results are accurate, but the research period is long and the cost is relatively high. Finite element method (FEM) and computational fluid method (CFM), which occupy a large amount of resources, are more popular in the study of tank sloshing. The boundary element method can reduce the one dimension of the research problem and reduce the calculation time and the accuracy of the method. However, the boundary element method often has the singular integral problem caused by the denominator of Green's function pq/1r tending to zero. To solve this problem, the desingular boundary element method (DBIEM), which is used in this paper, moves all singularities on the nodes of the surface of the fluid computational domain directly in the traditional method, that is to say, the integral surface is separated from the surface of the computational domain. This is a good solution to the singularity problem. This paper not only verifies the accuracy and applicability of this method, but also applies it to engineering. Taking 329mLNG-FSRU ship as the research object, the ship motion response and fluid motion pattern in the tank under the coupling of FSRU ship and tank are studied. The main contents are as follows: (1) the FSRU ship motion equation is established. According to the Green's function method of free surface in the theory of potential flow in three dimensional frequency domain, the wave force, radiation force and diffraction force of ship in regular wave are derived. Then the motion equation of ship in wave is solved, and the motion response of six degrees of freedom of ship in wave is calculated. (2) the coupling between tank and FSRU ship in frequency domain is considered by traditional boundary element method. Based on BV hydrodynamic calculation software HydroSTAR, the hydrodynamic coefficients and motion responses of ships with tanks are analyzed, and the ship motion responses under the coupling of tanks and hull are obtained. The effects of tank sloshing on the ship moving in waves are compared and analyzed. Then, the influence degree of ship motion under different tank shape and arrangement is discussed. (3) based on the boundary element method, a numerical model of fluid sloshing in tank is established. Based on this method, Fortran is used to develop a program that can simulate sloshing of tanks of any scale. The reliability of the method is studied, the value range of grid, time step size and the distance from singularity is determined, and the unidirectional simulation is given. The sloshing of fluid in tank under bidirectional irregular wave excitation. (4) simulating the internal fluid motion under the coupling of FSRU solid ship tank; selecting the ship motion response under the coupling action of ship tank under typical working conditions. It is programmed to be applied as a tank boundary condition. Finally, the fluid motion pattern of the tank under the coupled action of six degrees of freedom motion is obtained, which provides a rapid and effective analysis method and technical means for the design of liquid carrying ship or anti-roll tank.
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U674.133.3

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本文編號：2096005