【摘要】：液體晃蕩是指未全部裝載液體的容器受到外部激勵作用時,容器內(nèi)部的液面自由波動的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象時常發(fā)生在運輸液化天然氣(LNG)的液艙內(nèi),當(dāng)液艙的激勵頻率接近液艙固有頻率時,艙內(nèi)的液體會發(fā)生劇烈的共振晃蕩,產(chǎn)生極大的沖擊力,嚴(yán)重威脅液艙結(jié)構(gòu)安全。因此提出和研究有實際應(yīng)用價值的減晃蕩方法十分必要。本文提出了浮子式減晃結(jié)構(gòu)方法,并基于勢流理論,采用邊界元方法建立了帶有柱形浮子結(jié)構(gòu)的三維方形液艙模型,實現(xiàn)了復(fù)雜液艙內(nèi)液體自然晃蕩頻率和模態(tài)的預(yù)報,分析了不同位置、吃水和半徑的減晃浮子對液艙自然晃蕩頻率的影響規(guī)律,以及液深對浮子減晃效果的影響。研究發(fā)現(xiàn):與無浮子液艙的自然晃蕩頻率相比,采用浮子結(jié)構(gòu)后液艙的自然晃蕩頻率普遍降低;當(dāng)浮子靠近且沿著液艙邊界運動時,艙內(nèi)液體自然晃蕩頻率的變化范圍最大;在其他條件不變的情況下,大半徑、大吃水浮子運動時,對液艙自然晃蕩頻率的影響更為明顯。本文提出固體泡沫圓球式減晃蕩方法,并采用不同直徑的泡沫圓球開展了物理模型實驗,研究泡沫對液體晃蕩水動力特性的影響。小直徑泡沫圓球之間的接觸不受形狀限制被視為“完全接觸”,所以本文對小直徑泡沫圓球的研究基于其鋪設(shè)厚度的改變,首先探究給與液艙不同激勵頻率時,鋪設(shè)厚度不同的泡沫在三種液深工況下發(fā)揮的減晃效果,減晃效果主要體現(xiàn)在艙內(nèi)穩(wěn)態(tài)波高及艙壁動水壓力的降低,然后改變液艙的激勵幅值時,研究泡沫的減晃效果。研究發(fā)現(xiàn):泡沫可以有效地抑制艙內(nèi)晃蕩,降低艙壁的壓力幅值;泡沫厚度的最佳選擇為艙內(nèi)液深的十分之一;較大激勵幅值時,泡沫可以明顯地抑制波浪破碎。較大直徑泡沫圓球之間接觸時由于形狀限制被視為“點接觸”,所以對較大直徑泡沫圓球的研究基于改變其鋪設(shè)層數(shù),首先探究不同直徑、不同層數(shù)的泡沫在不同液深工況下對艙內(nèi)穩(wěn)態(tài)波高和艙壁動水壓力的影響,然后采用控制變量法研究泡沫圓球之間接觸個數(shù)、自由液面之上泡沫質(zhì)量對減晃效果的影響。研究發(fā)現(xiàn):直徑為0.01m的雙層泡沫為最佳選擇,其可以將穩(wěn)態(tài)波高降低至少55%,并且明顯減弱液體晃蕩的非線性特性;相同泡沫層厚度工況下,較小直徑的泡沫總是比較大直徑泡沫的減晃蕩效果更好;在自由液面上鋪設(shè)的泡沫質(zhì)量相同的情況下,泡沫圓球之間接觸個數(shù)越多,減晃效果越好。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U674.38

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