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(dòng)了 LNG開采、儲(chǔ)運(yùn)的發(fā)展,相繼出現(xiàn)了 LNG運(yùn)輸船、燃料罐、浮式LNG儲(chǔ)存再氣化裝置和加注船。但是LNG在儲(chǔ)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(huì)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(lì)發(fā)生共振時(shí),LNG會(huì)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(bào),以及抑制晃蕩措施的研究成為了 LNG液艙設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。本文針對(duì)LNG儲(chǔ)運(yùn)中常用的獨(dú)立C型艙,設(shè)計(jì)并建立了晃蕩模型試驗(yàn)系統(tǒng),通過液體自由振蕩試驗(yàn)和掃頻試驗(yàn),采用提取有義值的統(tǒng)計(jì)方法,得到了共振頻率與理論固有頻率的偏差會(huì)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(yàn),研究了液艙內(nèi)液體受縱搖激勵(lì)時(shí)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(shí)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(duì)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(tái),利用模型試驗(yàn)驗(yàn)證了平臺(tái)的精度。針對(duì)晃蕩荷載快速評(píng)估的要求,基于模型試驗(yàn)驗(yàn)證,給出了晃蕩荷載快速計(jì)算技術(shù),結(jié)合實(shí)船晃蕩荷載載液工況區(qū)間、激勵(lì)頻率區(qū)間以及激勵(lì)幅值的選取,提出實(shí)船晃蕩荷載快速計(jì)算方法,從而確定了實(shí)船危險(xiǎn)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(jì)算實(shí)例,驗(yàn)證了該計(jì)算方法的可行性。根據(jù)C型艙的幾何結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)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(yàn)系統(tǒng),進(jìn)一步驗(yàn)證了晃蕩數(shù)值模擬平臺(tái)的適用性。采用正交分析方法,結(jié)合數(shù)值模擬平臺(tái),對(duì)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(jì)方案,以及制蕩環(huán)高度臨界值,并對(duì)因素的晃蕩抑制機(jī)理進(jìn)行了研究;通過對(duì)比無制蕩裝置的模型試驗(yàn),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(tái),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(duì)液艙半載時(shí)的抑制效果具有明顯的影響;對(duì)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(shí)制蕩效率的變化規(guī)律。綜上所述,本文針對(duì)LNG獨(dú)立C型艙和制蕩裝置的設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),基于數(shù)值計(jì)算和模型試驗(yàn)進(jìn)行了晃蕩特性和晃蕩抑制機(jī)理研究,提出了實(shí)船晃蕩荷載快速計(jì)算方法和制蕩裝置的設(shè)計(jì)方法,實(shí)現(xiàn)了 C型貨艙和儲(chǔ)罐的晃蕩荷載直接計(jì)算,為制蕩裝置的合理設(shè)計(jì)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(jí)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(jì)算與理論分析手段均可以對(duì)晃蕩問題進(jìn)行一定的計(jì)算研，還不足以對(duì)液艙晃蕩這種具有強(qiáng)非線性、流體運(yùn)動(dòng)劇烈、波浪破碎嚴(yán)重的流動(dòng)形態(tài)全程有效的數(shù)值模擬，因此物理試驗(yàn)研宄仍然是計(jì)算方法驗(yàn)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(duì)于液艙晃蕩問物理實(shí)驗(yàn)研宄，按照研宄液艙貼近實(shí)際液艙的比例，主要分為以下三種：實(shí)船試驗(yàn)尺度液艙試驗(yàn)，模型試驗(yàn)。逡逑（１）實(shí)船試驗(yàn)逡逑對(duì)于晃蕩研究的最直接的辦法是實(shí)船試驗(yàn)，但因其試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)大、成本高、實(shí)施困及影響試驗(yàn)因素過多等原因，目前還不多見。完整的大型晃蕩試驗(yàn)實(shí)船研究是由挪級(jí)社（ＤｅｔＮｏｒｓｋｅ邋Ｖｅｒｉｔａｓ，ＤＮＶ）、勞氏船級(jí)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(xiàng)目［９７］，其研宄對(duì)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(yàn)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(yàn)證目前的模型試驗(yàn)的相似率問題，以及評(píng)估液貨維護(hù)系統(tǒng)的，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(yàn)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(duì)艙壁的抨擊過程。項(xiàng)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(shí)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(duì)艙壁的抨擊過程。項(xiàng)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(shí)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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本文編號(hào)：2831800