發(fā)布時間：2020-10-01 17:54

　　 近些年來,LNG作為一種清潔能源在世界范圍內(nèi)受到了廣泛關(guān)注,在許多國家的能源供應(yīng)比例中大幅增加。在航運(yùn)業(yè),隨著國際海事組織Tier III排放標(biāo)準(zhǔn)的生效,LNG也成為了船用首選的替代燃料。LNG消耗量的不斷增大,推動了 LNG開采、儲運(yùn)的發(fā)展,相繼出現(xiàn)了 LNG運(yùn)輸船、燃料罐、浮式LNG儲存再氣化裝置和加注船。但是LNG在儲存和運(yùn)輸中的蒸發(fā)消耗、加注以及燃料使用導(dǎo)致的LNG充裝量減少,會使液艙出現(xiàn)非滿載工況,從而導(dǎo)致晃蕩問題。當(dāng)液艙與外激勵發(fā)生共振時,LNG會劇烈沖擊艙壁結(jié)構(gòu),產(chǎn)生較大的外力矩,且加快了艙內(nèi)LNG的蒸發(fā)速率,給液艙結(jié)構(gòu)及貨物維護(hù)系統(tǒng)帶來巨大威脅。因此,晃蕩現(xiàn)象的模擬、晃蕩荷載的預(yù)報,以及抑制晃蕩措施的研究成為了 LNG液艙設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)。本文針對LNG儲運(yùn)中常用的獨(dú)立C型艙,設(shè)計并建立了晃蕩模型試驗系統(tǒng),通過液體自由振蕩試驗和掃頻試驗,采用提取有義值的統(tǒng)計方法,得到了共振頻率與理論固有頻率的偏差會隨著液位增加而減小的規(guī)律。通過晃蕩特性與載荷模型試驗,研究了液艙內(nèi)液體受縱搖激勵時的晃蕩波形特征,給出了自由液面在艙頂影響下的波形分類,以及晃蕩荷載頻域、時域與空間分布特性。利用有限體積的離散方式結(jié)合VOF自由液面捕捉技術(shù),對三維粘性湍流的液體晃蕩現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬,建立了晃蕩數(shù)值模擬平臺,利用模型試驗驗證了平臺的精度。針對晃蕩荷載快速評估的要求,基于模型試驗驗證,給出了晃蕩荷載快速計算技術(shù),結(jié)合實船晃蕩荷載載液工況區(qū)間、激勵頻率區(qū)間以及激勵幅值的選取,提出實船晃蕩荷載快速計算方法,從而確定了實船危險晃蕩工況,給出了液艙內(nèi)晃蕩荷載的分布。通過1000m3加注船液艙晃蕩工況計算實例,驗證了該計算方法的可行性。根據(jù)C型艙的幾何結(jié)構(gòu),設(shè)計了兩種常用的制蕩裝置:環(huán)形制蕩板與多孔型制蕩艙壁。通過設(shè)置制蕩裝置的晃蕩模型試驗系統(tǒng),進(jìn)一步驗證了晃蕩數(shù)值模擬平臺的適用性。采用正交分析方法,結(jié)合數(shù)值模擬平臺,對環(huán)形制蕩板結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析,得出顯著影響制蕩效率的因素,給出了達(dá)到最佳制蕩效果的各因素設(shè)計方案,以及制蕩環(huán)高度臨界值,并對因素的晃蕩抑制機(jī)理進(jìn)行了研究;通過對比無制蕩裝置的模型試驗,研究了多孔型制蕩艙壁的制蕩特性,基于晃蕩數(shù)值模擬平臺,分析了不同制蕩孔徑制蕩艙壁的晃蕩抑制效率,得到制蕩孔徑對液艙半載時的抑制效果具有明顯的影響;對比了兩種制蕩裝置的阻蕩效果,得出了兩種制蕩裝置在不同液位時制蕩效率的變化規(guī)律。綜上所述,本文針對LNG獨(dú)立C型艙和制蕩裝置的設(shè)計關(guān)鍵技術(shù),基于數(shù)值計算和模型試驗進(jìn)行了晃蕩特性和晃蕩抑制機(jī)理研究,提出了實船晃蕩荷載快速計算方法和制蕩裝置的設(shè)計方法,實現(xiàn)了 C型貨艙和儲罐的晃蕩荷載直接計算,為制蕩裝置的合理設(shè)計提供了參考和指導(dǎo),也為相關(guān)規(guī)范的修訂提供了技術(shù)支持。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U674.133.3
【部分圖文】：

雖然數(shù)值計算與理論分析手段均可以對晃蕩問題進(jìn)行一定的計算研，還不足以對液艙晃蕩這種具有強(qiáng)非線性、流體運(yùn)動劇烈、波浪破碎嚴(yán)重的流動形態(tài)全程有效的數(shù)值模擬，因此物理試驗研宄仍然是計算方法驗證的有效手段［９３’９４］，理蕩過程中物理現(xiàn)象、機(jī)理的必要措施［９５］以及相關(guān)規(guī)范的參考［％］。針對于液艙晃蕩問物理實驗研宄，按照研宄液艙貼近實際液艙的比例，主要分為以下三種：實船試驗尺度液艙試驗，模型試驗。逡逑（１）實船試驗逡逑對于晃蕩研究的最直接的辦法是實船試驗，但因其試驗風(fēng)險大、成本高、實施困及影響試驗因素過多等原因，目前還不多見。完整的大型晃蕩試驗實船研究是由挪級社（ＤｅｔＮｏｒｓｋｅ邋Ｖｅｒｉｔａｓ，ＤＮＶ）、勞氏船級社（Ｌｌｏｙｄ’ｓ邋Ｒｅｇｉｓｔｅｒ，ＬＲ）與邋ＧＴＴ邋等一起合作開展的一次工業(yè)聯(lián)合項目［９７］，其研宄對象為一艘服役于２００８年秋１４８００ｍＮ０９６型薄膜型液化天然氣運(yùn)輸船。試驗的主要目的是獲取營運(yùn)中的船舶全尺寸液晃蕩沖擊數(shù)據(jù)，用以驗證目前的模型試驗的相似率問題，以及評估液貨維護(hù)系統(tǒng)的，現(xiàn)場試驗所使用的壓力傳感器以及其布置情況如圖Ｕ所示。但由于數(shù)據(jù)分析難大，目前該試驗還處于未完結(jié)狀態(tài)［９８］。逡逑—、

逡逑末端設(shè)置一塊具有Ｎ０９６型平板式艙壁（如圖１．２ａ所示）與Ｍａｒｋｌｌｌ型褶皺式艙壁（如逡逑圖１．２ｂ所示），使波浪在擋板處破碎，模擬波浪對艙壁的抨擊過程。項目的研宄目標(biāo)在逡逑于探宄抨擊過程中發(fā)生的物理現(xiàn)象和在抨擊荷載作用下真實艙壁的結(jié)構(gòu)響應(yīng)［９９，１（５（）］。逡逑．．．逡逑（ａ）

逡逑末端設(shè)置一塊具有Ｎ０９６型平板式艙壁（如圖１．２ａ所示）與Ｍａｒｋｌｌｌ型褶皺式艙壁（如逡逑圖１．２ｂ所示），使波浪在擋板處破碎，模擬波浪對艙壁的抨擊過程。項目的研宄目標(biāo)在逡逑于探宄抨擊過程中發(fā)生的物理現(xiàn)象和在抨擊荷載作用下真實艙壁的結(jié)構(gòu)響應(yīng)［９９，１（５（）］。逡逑．．．逡逑（ａ）

【參考文獻(xiàn)】

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1 李源;;LNG加注技術(shù)的最新發(fā)展[J];中國船檢;2015年12期

2 ;全球第二艘LNG動力集裝箱船試航[J];珠江水運(yùn);2015年17期

3 衛(wèi)志軍;陳曉東;董玉山;唐彬;岳前進(jìn);;兩種運(yùn)動平臺下晃蕩沖擊荷載的實驗研究[J];船舶力學(xué);2015年07期

4 楊小巖;張洪生;吳鵬飛;;液艙三維晃蕩運(yùn)動二階共振理論解及特性分析[J];海洋工程;2015年03期

5 天工;;我國首艘3萬立方米LNG運(yùn)輸船交付運(yùn)營[J];天然氣工業(yè);2015年05期

6 衛(wèi)志軍;張文首;王安良;董玉山;胡方源;岳前進(jìn);;基于SPH方法的二維矩形艙液體晃蕩數(shù)值研究[J];大連理工大學(xué)學(xué)報;2014年06期

7 劉玉龍;滕斌;;基于鏡像SPH的三維容器液體晃蕩研究[J];船舶工程;2014年05期

8 蔣梅榮;任冰;王國玉;王永學(xué);;Laboratory investigation of the hydroelastic effect on liquid sloshing in rectangular tanks[J];Journal of Hydrodynamics;2014年05期

9 劉士海;岑康;伍紹國;;油氣水分離器內(nèi)液相的晃蕩固有頻率研究[J];石油礦場機(jī)械;2014年09期

10 蔣梅榮;任冰;李小超;王永學(xué);;有限液深下彈性側(cè)壁液艙內(nèi)晃蕩共振特性實驗研究[J];大連理工大學(xué)學(xué)報;2014年05期

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1 繆泉明;鄒康;;25屆ITTC耐波性學(xué)組大會報告情況介紹[A];2008年船舶水動力學(xué)學(xué)術(shù)會議暨中國船舶學(xué)術(shù)界進(jìn)入ITTC30周年紀(jì)念會論文集[C];2008年

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1 衛(wèi)志軍;FLNG系統(tǒng)儲艙設(shè)計中的晃蕩與砰擊荷載研究[D];大連理工大學(xué);2015年

2 蔡忠華;液貨船液艙晃蕩問題研究[D];上海交通大學(xué);2012年

3 岑康;浮式平臺用油氣水分離器內(nèi)液相的晃蕩抑制研究[D];西南石油大學(xué);2012年

4 朱仁慶;液體晃蕩及其與結(jié)構(gòu)的相互作用[D];中國船舶科學(xué)研究中心;2002年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 高松強(qiáng);帶隔板三維液艙晃蕩特性分析與研究[D];華中科技大學(xué);2013年

本文編號：2831800