水艙的結(jié)構(gòu)阻尼是影響減搖效果的重要因素之一,目前阻尼最常用的研究方法是模型衰減試驗(yàn)。文章在驗(yàn)證了數(shù)值方法準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上,通過基于VOF方法全尺度CFD數(shù)值計(jì)算,比較了3種不同阻尼結(jié)構(gòu)的水艙周期和阻尼的變化,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行強(qiáng)迫振蕩模擬,對比3種結(jié)構(gòu)的水艙抗搖力矩及其相位的變化,最后提出了一種基于數(shù)值計(jì)算的評估水艙在規(guī)則波中減搖效果的方法,結(jié)果表明該評估方法能夠很好地反映阻尼結(jié)構(gòu)對水艙減搖效果的影響,在水艙的設(shè)計(jì)中可作為阻尼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)依據(jù)。 

【文章來源】：船舶工程. 2020,42(S1)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

液位衰減曲線2CFD控制方程與模型建立

翁搴退椴ǖ撓跋歟?誶?解多相流的計(jì)算中應(yīng)用廣泛。根據(jù)水艙運(yùn)動的特點(diǎn)，在計(jì)算時，微分方程的離散使用有限體積法，擴(kuò)散項(xiàng)采用中心差分格式離散，而對流項(xiàng)采用二階迎風(fēng)格式離散；求解采用SIMPLE算法，這是目前工程上應(yīng)用最為廣泛的一種流場計(jì)算方法；采用VOF法追蹤自由面。2.2模型建立和網(wǎng)格劃分本文研究的對象為某一排水量為1991t的船舶，船長為88.90m，型寬12.20m，吃水為4.149m，船舶重心為基線以上5.0m，穩(wěn)性高1.63m，船舶橫搖固有周期7.63s。減搖水艙尺寸基本參數(shù)見圖2和表1。圖2水艙尺寸示意圖表1水艙參數(shù)參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值水艙總外寬BT/m11.86邊艙高度HT/m4.4水艙總內(nèi)寬BD/m7.2底通道高度HD/m0.85水艙總長度LT/m5.4水位高度HW/m2.3邊艙寬度BW/m2.33艙底距基高度BH/m1.9船舶在實(shí)際建造中，考慮強(qiáng)度需要不可避免地要在水道橫隔板上增加加強(qiáng)筋等結(jié)構(gòu)，針對本文U型減搖水艙，考慮水道中增加的骨材，可以分為3種阻尼結(jié)構(gòu)：水道光滑、水道結(jié)構(gòu)一（見圖3）和水道結(jié)構(gòu)二（見圖4），分別簡稱為原型、方案一、和方案二。其中：原方案水艙的水道沒有布置骨材，即水道光滑；方案一、二水道布置有FB150×8的筋，形成了水道中的擋板，其中方案一的筋板間距為1800mm，即有3個筋；而方案二的筋板間距為600mm，即有11個筋。圖3方案一圖4方案二本文模擬水艙在初始液位下的振蕩衰減曲線，選擇三維的VOF模型來模擬自由液面，通過初始化后得到的自由振動和強(qiáng)迫振蕩的起始液位示意如圖5所示。邊界條件設(shè)定中，水艙的頂端設(shè)為pressureoutBTH

U型水艙結(jié)構(gòu)阻尼對減搖性能影響的數(shù)值計(jì)算研究—82—邊界條件，其余為wall邊界。在網(wǎng)格劃分中，由于橫隔板和加強(qiáng)筋厚度很小，為減小網(wǎng)格數(shù)量，本文采用baffleinterface交界面技術(shù)，將橫隔板和加強(qiáng)筋作為無厚度的板進(jìn)行網(wǎng)格劃分。a)自由衰減b)強(qiáng)迫振蕩圖5初始液面示意圖3計(jì)算結(jié)果對比選擇隱式非穩(wěn)態(tài)的求解器，時間步長設(shè)為0.05s，計(jì)算中監(jiān)測一側(cè)的液位高度和作用在水艙壁面上的力矩變化。3.1自由衰減振蕩圖6是三種方案計(jì)算得到的計(jì)算結(jié)果，根據(jù)計(jì)算可以得到相應(yīng)的周期和阻尼，見表2。圖6三種方案的水位變化曲線表2三種方案的對比類型CFD周期/sCFD阻尼值原型7.220.126方案一7.410.150方案二7.680.166對比阻尼因子可知，阻尼擋板越多，反映到阻尼因子上就越大，幅值衰減也越快。同時，隨著阻尼結(jié)構(gòu)的增加，水艙固有周期也會有所增大，但從表2可以看出，阻尼結(jié)構(gòu)的增加主要是影響了阻尼值的變化。3.2強(qiáng)迫振蕩試驗(yàn)強(qiáng)迫振蕩試驗(yàn)是水艙搖擺臺試驗(yàn)的內(nèi)容之一，通過不同搖擺幅值和頻率的作用下，可以得到水艙在規(guī)則波下的減搖效果，本文按5°擺幅，周期為T給出強(qiáng)迫振蕩，初始位置參考圖6，圖7為T=7.4s時抗搖力矩時歷變化曲線，圖8為對應(yīng)的抗搖力矩與橫搖角的相位差關(guān)系。圖7抗搖力矩時歷曲線圖8抗搖力矩與橫搖角相位差關(guān)系從圖7可知，由于開始階段自由液面突然受到強(qiáng)迫運(yùn)動，水艙液體的運(yùn)動是一個逐漸穩(wěn)定的過程，在第四個周期后逐漸趨于穩(wěn)定，液體作用在艙壁的力矩呈現(xiàn)周期性變化。圖8是三種

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]U型減搖水艙模型試驗(yàn)與數(shù)值仿真[J]. 吳建林,邵昱,劉少卿,馬婷.  船舶工程. 2016(06)

碩士論文
[1]U型減搖水艙阻尼設(shè)計(jì)與數(shù)值仿真研究[D]. 孔繁偉.哈爾濱工程大學(xué) 2007



本文編號：3390186