基于粒子法的液舱共振晃荡现象研究

合集下载

充液航天器变质量液体大幅晃动的SPH分析方法

第42卷第1期宇航学报Voi.42No.1 2021年1月Journai of Astronautics Januara2021充液航天器变质量液体大幅晃动的SPH分析方法于强，王天舒（清华大学航天航空学院，北京100084）摘要：本文基于非惯性系下的光滑粒子流体动力学（SPH）方法,在以虚粒子设置缓冲层的开口边界处理方法基础上，提出一种流出流量可控的出口边界处理方法，能够根据当前时刻航天器的姿态信息和充液比，计算该动力学时间步下变质量液体晃动对航天器产生的作用力和作用力矩,使得航天器系统动力学的闭环仿真成为可能。

最后，通过与计算流体动力学（CFD）商业软件Flow-3d的计算结果进行对比，用不同工况下的算例验证了该变质量液体晃动动力学分析方法的有效性。

关键词：光滑粒子流体动力学（SPH）；变质量液体；大幅晃动；出口边界；晃动作用力及力矩中图分类号：V412.4+2文献标识码：A文章编号：1000-1328（2021）01-0022-09DOI：10.3873/j.gsn.1000-1328.2021.01.003SPH Method for Large-amplitude LiqiU0Sloshing with VariableMast io LiouiO-filleC SpacecraftYU Qiang,WANG Tian-shu(Schoo-of Aerospace Engineemng,Tsinghua University,Beijing100084,China)Abstract:In this paper,based on the non-inertiai smoothed particle hydrodynamics(SPH)which is a Laarangian mesh-less method,a numericai method reaarding outlet boundara conditions is proposed to limit the flux at the outlet boundary,which is an extension of the methods proposed to the treatment of open boundara conditions based on the buffer layers.According to the spacecraft attitude information and linuid-Silled ratio at the current timc,the SPH solver can calculate the sloshing force and moment exerted by variable-mass liqui aaainst the spacecraft during the dynamic timc step.The SPH solver can be embedded in the closed-loop dynamics sigulation of the whole spacecraft.Finlly,in order to verig the validity of the method,the results from the SPH method are compared with those obtained by a commercial computational fluid dynamics(CFD)software,Flow-3d for dgferent sloshing cases.Keywords：Smoothed particle hydrodynamics(SPH)；Variable-mass liquin；Larve-ymplitude sloshing；Outlet boundary；Sloshing force and momento引言一直以来,充液航天器贮箱内液体燃料及氧化剂的晃动作用对于航天器的姿轨控制都有着不可忽视的影响，甚至可能导致任务失败，对液体晃动问题进行准确分析具有重要的意义。

动态边界粒子SPH法在养殖工船横摇液舱晃荡模拟中的应用比较

的运动,影响了壁面载荷计算精度;Libersky 等 [22]
引入的镜像粒子法能够对内部粒子进行准确计
算,但可能会产生局部流体粒子穿透边界现象;
Marrone 等 [12] 在镜像粒子的基础上提出的固定虚
收稿日期:2021- 03- 20
基金项目:国家重点研发计划课题“ 远洋渔船节能技术及捕捞装备自动化控制系统集成示范(2020YFD0901201) ”
1. 2 核函数
周围粒子数量的增加,传统的核函数受到聚集不
稳定因素粒子容易产生结对现象, 推荐了
Wendland 核函数 [29] 。本研究在计算过程中采用
Wendland 的 C2 核函数:
q 4
( 2q + 1 ) 0 ≤ q ≤ 2
2
式中;对于二维问题 α d = 7 / 4πh 2 。
0. 5( ρ i +ρ j ) ,h = 0. 5( h i +h j ) ,u ij = u i - u j ,r ij = r i - r j 为
粒子 i 与粒子 j 的粒子间距,为防止 r ij 过小导致
样条核函数、 5 次样条核函数和高斯核函数
1. 1 控制方程及其离散形式
方程可以离散为:
=-
du i
=-
dt
mj ( uj
∑
j
mj
∑
j
(
pi
ρi
(4)
- u i )· W ij
2
+
pj
ρj
2
+ ij
)
W ij + g (5)
式中:p i 、ρ i 、u i 分别是第 i 个粒子的压力、密度和

基于SPH方法的二维矩形舱液体晃荡数值研究

基于SPH方法的二维矩形舱液体晃荡数值研究卫志军;张文首;王安良;董玉山;胡方源;岳前进【期刊名称】《大连理工大学学报》【年(卷),期】2014(000)006【摘要】When the forced frequency is close to the natural frequency of the free surface,liquid can cause violent motion in the tank. Based on smoothed particle hydrodynamics (SPH ) method, numerical research on the liquid sloshing in a 2D rectangular tank under sway and roll excitations with shallow filling level is carried out at 4 forced frequencies near the resonant frequency of the free surface,respectively. Comparing the global free-surface profiles and the time histories of the slamming pressure for both numerical and experimental studies,it is found that SPH method can simulate the global free-surface scenarios,such as hydraulic jump,breaking wave and so on with large deformation motion.Furthermore,this numerical method can simulate and give a good prediction of the characteristics for the slamming pressure under non-resonant forced frequencies.It is suggested that two-phase simulation should be introduced in SPH method in order to simulate the violent liquid sloshing under resonant frequency.%储液舱内液体晃荡是当外激激励频率与容器内部液体自由液面的固有频率接近时,液体产生的剧烈共振运动。

基于SPH方法的液舱内液体晃动分析及防晃研究

基于SPH方法的液舱内液体晃动分析及防晃研究随着对载液系统性能要求不断提高,液舱的载液能力不断增大,如飞机、液货船的运输能力不断提高,这就要求设计容积大的液舱。

在这种高载液工况下,液舱受到外界激励后其内液体会发生剧烈晃动,因此液舱受到强烈的冲击载荷进而对液舱和整个系统造成影响。

同时晃动液体的重心发生变化会改变整个系统的重心位置,影响整个系统的稳定性。

因此研究液体在外界激励下的晃动规律,预测晃动液体对液舱与系统的影响以及设计防晃结构是十分必要的。

SPH(光滑粒子流体动力学)方法是广泛应用在解决流体动力学问题的数值方法。

本文在分析SPH方法的基础上,将其应用在解决液体晃动时出现的线性-非线性现象、液舱受到的冲击载荷、液体重心和液面变化问题中。

根据影响液体晃动参数,设计单自由度矩形液舱晃动试验平台,分析各参数对液体晃动影响。

探究晃动最剧烈工况以及该工况下出现的翻卷破碎等非线性规律,液舱受到的冲击压强以及自由液面变化规律。

同时本文采用数值方法分析各参数对液体晃动的影响,得出与试验方法一致的结论。

数值方法模拟出的液体晃动时出现的翻卷、破碎等非线性现象,液舱受到的冲击压强以及液面变化规律与试验结果接近。

数值方法还得到试验方法无法获得的结果如晃动液体重心变化,整个液舱与液舱壁受到的冲击载荷与激励的关系。

综合两种方法可以发现低充液深度下液体重心变化对系统的重心影响严重,高充液深度下液舱受到的冲击载荷对系统结构影响严重。

针对机翼油箱内燃油晃动对油箱结构和飞行稳定性的影响,本文采用SPH方法分析弹性机翼油箱内燃油在两种实际工况下的晃动,得出燃油的重心变化以及自由液面变化与外部激励的关系。

机翼油箱受到的最大载荷以及结构应力最大发生在载荷变化最剧烈时间段内,应力集中位于蒙皮与前后梁连接处。

根据防晃机理以及晃动液体对液舱的影响,本文以矩形液舱为例设计了横向和纵向两种阻尼结构,并对其优化。

发现增加阻尼结构后晃动液体的重心变化降低,液舱受到的冲击载荷改变。

基于Youngs法的液舱大幅晃荡数值模拟

基于Youngs法的液舱大幅晃荡数值模拟
端木玉;朱仁庆
【期刊名称】《船舶力学》
【年(卷),期】2009(013)001
【摘要】液舱大幅晃荡一直是船舶水动力学研究的热点问题.文章采用Youngs法重构自由表面,给出了自由表面单元的速度边界条件,并且对液体晃荡中出现的流体翻卷、破碎后出现的流体波面的锋-锋相遇的情况进行了分析和讨论.数值模拟结果表明,Youngs法结合适当的自由表面条件,能够较好地模拟液舱内大幅晃荡中出现的翻卷和破碎的现象.
【总页数】10页(P9-18)
【作者】端木玉;朱仁庆
【作者单位】江苏海事职业技术学院,南京,211100;江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏,镇江,212003
【正文语种】中文
【中图分类】U663.85
【相关文献】
1.基于VOF法的液舱晃荡数值模拟及载荷计算 [J], 刘桢兵
2.基于Level-set法的液舱液体晃荡数值模拟 [J], 方智勇;端木玉;朱仁庆
3.基于VOF法的半球-圆柱体液舱晃荡数值模拟 [J], 郭海宇;张志国;冯大奎;王先洲
4.基于VOF法的液舱晃荡数值模拟及载荷计算 [J], 刘桢兵
5.基于VOF和浸入边界法的黏性二相流模型对LNG液舱晃荡的数值模拟 [J], 龚国毅;赵成璧;唐友宏;林慰;张薇
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

MPS方法数值模拟液舱晃荡问题

MPS方法数值模拟液舱晃荡问题
张雨新;万德成;日野孝则
【期刊名称】《海洋工程》
【年(卷),期】2014(32)4
【摘要】基于无网格粒子法MPS方法(moving particle semi-implicit method)研究了液舱晃荡问题。

针对二维矩形液舱晃荡问题进行了数值验证,结果表明MPS 方法能够很好地计算晃荡产生的拍击压力。

同时将MPS方法应用到带隔板的液舱晃荡问题计算中,分析了二维和三维带隔板液舱晃荡问题。

计算结果表明:隔板的存在很大程度地限制了流体的水平运动,隔板附近出现了自由面的翻卷、破碎和融合现象,MPS方法能够很好地模拟这些流动现象。

计算得到的波高与实验测得的波高吻合较好,表明MPS方法模拟带隔板的晃荡问题具有一定的可靠性。

【总页数】9页(P24-32)
【关键词】液舱晃荡;移动粒子法(MPS);拍击压力;自由面
【作者】张雨新;万德成;日野孝则
【作者单位】上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室;横滨国立大学工学府
【正文语种】中文
【中图分类】O353
【相关文献】
1.MPS方法模拟三维圆柱形液舱晃荡问题 [J], 田鑫;万德成
2.MPS与GPU结合数值模拟LNG液舱晃荡 [J], 陈翔;万德成
3.柔性防晃构件与液舱晃荡相互作用数值模拟 [J], 杨宇航; 刘星
4.基于改进MPS方法的有挡板LNG液舱晃荡分析 [J], 吴巧瑞;王磊;唐元璋;谢永和;TAN Ming-yi;XING Jing-tang
5.MPS方法在二维液舱晃荡中的应用 [J], 张雨新;万德成
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于δ-SPH方法的液体晃荡模拟与控制

基于δ-SPH方法的液体晃荡模拟与控制姚学昊;张旭明;陈丁【摘要】针对传统光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法存在的压力振荡问题,建立了基于δ-SPH液体晃荡的数值分析模型,以提高压力计算的稳定性;为了减少计算量,采用一种简化的边界处理方法.与试验结果的比较验证了模型的有效性;为了控制液体的晃荡,添加了不同类型的中间挡板,研究了挡板高度及开孔大小对流态及压力分布的影响.结果分析表明:在液舱中添加中间挡板能够抑制液体晃荡,适当增加挡板高度可以获得更好的消能效果;小孔径带孔挡板的消能作用与不带孔挡板相近.【期刊名称】《河南科学》【年(卷),期】2018(036)012【总页数】9页(P1887-1895)【关键词】光滑粒子流体动力学;压力振荡;液体晃荡;δ-SPH;挡板【作者】姚学昊;张旭明;陈丁【作者单位】河海大学力学与材料学院,南京 211100;河海大学力学与材料学院,南京 211100;河海大学力学与材料学院,南京 211100【正文语种】中文【中图分类】O351.2液体晃荡是一种剧烈的流体运动，它广泛存在于实际工程应用中，例如，地震时大型渡槽中水的运动；风浪中的液化天然气运输船、油罐等容器内部液体的运动.液体晃荡的模拟与控制对这一类问题的研究分析具有重要意义［1］.为了成功地模拟这种剧烈的流体-结构相互作用过程，具有稳定压力近似的SPH方案是至关重要的.然而，传统的SPH方法［2-3］能够在流体的形态上与试验相吻合，但在对压力场的描述中出现振荡，不能得到一个稳定的结果.为了改进压力场的计算，多个学者进行了深入研究.针对弱可压的SPH，现阶段主要流行的两种方法，一种为对密度进行光滑化，如Colagrossi等人［4］通过移动最小二乘（Moving Least Squares，MLS）积分插值过滤密度场，得到了较好的压力结果.Shao［5］则应用了Shepard密度修正方法模拟了晃荡问题，得到了光滑的压力场.虽然密度光滑化技术提供了一种光滑压力场的有效方法，但是，该类方法不能保持体积守恒.另一种消除压力振荡的方法则是考虑密度的数值耗散，在连续性方程中添加数值耗散项，以此减小密度波动［6］.目前提出了多种形式的数值耗散项［7-11］，如Ferrari等人［10］根据Rusanov通量建立了一种数值耗散项，可以得到较为光滑的密度场.该耗散项与人工参数无关，便于在不同问题中应用.但该方法不能保持流体静力学平衡.Molteni等［6］在2009年提出了δ-SPH方法，Antuono等人［7-9］则对δ-SPH方法进行了完善，主要思想是改进了密度耗散的形式，在此基础上Chen［12］应用δ-SPH方法对溃坝流动等自由表面流动问题进行了研究，得到了较为可靠的压力分布.δ-SPH方法是一种新的密度耗散类方法，它既可以在模拟过程中保持流体静力学平衡，又能有效提高压力计算的稳定性.目前，δ-SPH方法在溃坝与结构物的相互作用的模拟中应用较多.本文应用δ-SPH方法模拟了液体晃荡问题，并考虑了不同形式的挡板对液体流态及壁面压力的影响，为工程中液舱的设计提供参考.1SPH基本原理SPH方法将计算域离散为一系列有相互作用的粒子，这些粒子承载了质量、密度、速度等物理量，粒子间通过核函数相互作用.SPH方法的近似分为两个关键步：第一步为积分表示，即核函数插值；第二步为粒子近似［13］.在有限的支持域Ω上任意一点x处的场函数 f(x)可以积分表示为：其中：x和x′为不同点的位置坐标向量；hs为光滑长度；W(x-x′,hs)为核函数，本文采用二维三次样条型核函数，公式为：其中将场函数积分表示后，要采用粒子近似方法对积分表达式进行离散，对粒子i处的场函数 f(xi)的粒子近似形式为：式中：表示为场函数的近似；Wij=W(xi-xj,hs)，mj和ρj分别为粒子j的质量和密度；N为粒子i支持域内的粒子总数.2SPH数值模型2.1 控制方程在SPH方法模拟自由表面流中，通常应用弱可压的状态方程，忽略黏性的影响，并允许流体粒子产生旋转运动.应用SPH核近似和粒子近似后，得到离散化的SPH 公式［7，9］：其中：vij=vi-vj，xji=xj-xi；ρi、vi、pi分别为粒子i的密度、速度和压力；Vj表示粒子j 的体积；g为重力加速度；ρ0是参照密度；B和γ用于控制计算中密度的最大改变量（一般可控制在1%左右），通常取γ=7［14］；c0为参照声速，本文取为40 m/s；Πij为人工黏度项［15］，可以减小模拟时产生的数值振荡，提高数值过程的稳定性；α为人工黏度系数，常取值为0.02；πij为人工黏度参数.2.2 固壁边界处理SPH模拟的一个主要挑战是固壁边界的处理，它直接影响到SPH方法模拟实际问题的精度.目前已有多种边界处理方法［16-18］，本文采用一种改进的耦合动力学边界处理方法［18］，如图1所示.固壁边界由两种型号的固定虚粒子构成.型号Ⅰ的虚粒子为排斥力粒子，均匀分布在固壁边界位置，并对邻近的流体粒子施加排斥力，防止粒子穿透边界.该类型虚粒子的压力和速度由其支持域内的流体粒子的压力和速度插值得到.型号Ⅱ的虚粒子则均匀分布在边界外，其压力和速度由其支持域内的流体粒子和排斥力粒子的对应值插值获得.虚粒子的压力和速度计算形式为：图1 固壁边界处理Fig.1 Solid wall boundary treatment本文简化了两个直壁的夹角区域（图1中j区域）的虚粒子压力和速度的计算.j区域布置均匀分布的虚粒子，其速度和压力不必通过插值计算，而是使此区域的虚粒子与i粒子的对应值保持一致即可，减少模拟的计算时间.2.3 密度修正弱可压缩格式的SPH方法的主要缺点是在压力场和密度场中产生虚假的振荡.考虑到压力计算对密度变化的敏感性，常用密度光滑化方法和密度耗散方法处理压力振荡问题［19］.密度光滑化方法是消除高频密度振荡的最直接有效的方法，它采用Shepard滤波器或移动最小二乘积分插值修正密度场.而密度耗散方法是解决SPH密度波动问题的另一种技术，δ-SPH方法则是其中一种代表性方法.δ-SPH方法在连续性方程中引入耗散项，该耗散项不会影响流体的整体流动，只是适当地消除了压力场和密度场的数值振荡.δ-SPH方法能够保持流体静力平衡，适用于静水溶液.此时，连续性方程变为：其中：为正则化密度梯度.δ为耗散系数，δ-SPH方法通过调整δ控制耗散强度，在本文的模拟中，选取δ=0.1；ψij为耗散参数3 算例分析3.1 液体晃荡本文以Kishev等人［20］的液体晃荡试验为原型，选取如图2所示的长L=0.6 m，高H=0.3 m的矩形液舱，液舱内水高h=0.12 m.粒子密度ρ=1000 kg/m3，粒子间距dx=0.003 m，光滑长度hs=1.33 dx.时间步长是由CFL（Courant Friedrichs Lewy）条件确定的，推荐的时间步长［14］为Δt≤CCFLhs/(ci+vmax). 其中，0＜CCFL＜1，晃荡问题取CCFL=0.5，vmax为流体最大流速.液舱做水平摇摆运动，其运动形式为：x(t)=Asin(ωt).其中，振幅A=0.05 m，角频率ω=4.189 rad/s，即运动周期T=1.3 s.图3和图4分别给出了同一周期内0.1 T和0.3 T时刻的流态和压力分布云图（压力作p/ρgH无量纲化处理）.对比发现，应用SPH方法模拟得到的流场形态和试验结果基本吻合.0.1 T时刻，液舱向右运动，从而推动液体向右运动，生成波浪.在0.3 T时刻，液体波浪沿右侧壁面运动到液舱顶部.在无密度修正的情况下，模拟中出现严重的数值噪声，压力分布云图十分混乱；而应用δ-SPH方法可以有效地光滑压力场，得到与实际情况相符的流体压力分布.图2 液体晃荡数值模型（单位：mm）Fig.2 Numerical model for liquid sloshing（unit：mm）图3 0.1 T时刻流态与压力分布Fig.3 Flow pattern and pressure distributionat 0.1 T图4 0.3 T时刻流态与压力分布Fig.4 Flow pattern and pressure distributionat 0.3 T为了进一步验证模型的有效性，对液舱左壁面R点（距离底部0.1 m）的压力进行了对比分析.图5（a）、（b）（时间作t/(L/g)0.5无量纲化处理）分别给出了无密度修正和应用δ-SPH方法模拟得到的R点压力时间曲线，并与试验结果进行了对比.可以看出：无密度修正时，R点壁面压力变化趋势虽然与试验结果相近，但压力振荡较大，存在较大的误差；而应用δ-SPH方法可以取得较为稳定的压力，且与试验结果基本吻合.表1给出了图5（b）中t=12(L/g)0.5到t=28(L/g)0.5时间段内3个周期的最大压力值的误差（一个周期为5.2(L/g)0.5）.由表1可以看出：在t=17.2(L/g)0.5到t=22.4(L/g)0.5周期内，压力最大值的计算较为精确，误差仅为2.78%；而其他2个周期内，压力最大值的计算误差分别为11.11%和13.80%，误差较大.3个晃荡周期内，模拟得到的压力变化趋势与试验结果基本相同，且每个周期内的R点压力结果与试验结果吻合较好，表明应用δ-SPH方法建立的数值模型是有效的.图5 R点压力时间曲线Fig.5 Pressure-time curves of point R表1 最大压力的计算误差Tab.1 Computational errors of maximum pressures 注：压力作p/ρgH无量纲化处理.相对误差/%11.11 2.78 13.80时间（/L·g-1）0.5 12.00～17.20 17.20～22.40 22.40～27.60试验最大压力值/ρgH 1.89 1.441.59 δ-SPH最大压力值/ρgH2.10 1.48 1.373.2 带中间档板的液体晃荡在石油或天然气的运输中，剧烈的液体晃荡会引起船舶局部破裂和整体不稳定，进而导致内部的液体泄漏和船舶倾覆.在算例3.1中也发现，液体在撞击R点的初始时刻，其压力值会出现巨大的跳跃，威胁液舱的安全.而液体在带有中间挡板的液舱中晃荡，挡板可以改变液体晃荡的行为，进而减小液体对液舱的冲击荷载.在算例3.1的基础上距离液舱左壁面x=0.3 m处设置挡板，研究不同高度挡板对液体晃荡的影响，如图6所示.通过比较其自由液面位置以及壁面压力，分析其消能效果.图6 带档板的液舱模型Fig.6 Tank model with baffle图7 给出了同一个周期内的0.3 T时刻，不同液舱内的自由液面位置.对比发现：不同高度的挡板对液体晃荡的抑制作用差异明显.挡板高度d=0.03 m时，挡板对液体晃荡的影响较小，液体仍然可以沿右壁面运动到液舱顶部.挡板高度d=0.06m时，自由液面高度略有降低，最大高度为0.25 m.而当d=0.09 m时，自由液面高度明显降低，液体不会沿右壁面运动至液舱顶部，此时自由液面最大高度为0.17 m.由此表明，适当提高挡板高度可以降低液体的晃动程度.图7 0.3 T时刻自由液面位置对比Fig.7 Comparison of free surface positionsat 0.3 T图8 给出了不同挡板高度下左壁面R点（距底部0.1 m）的压力变化曲线.图8（a）所示为挡板高度d=0.03 m和无挡板时的压力曲线，对比发现：添加高度d=0.03 m的挡板对R点处的压力影响较小，每个周期的初始时刻仍会产生较大的瞬时冲击压力.图8 R点压力对比Fig.8 Pressure comparison at point R图8（b）为挡板高度d=0.03 m和d=0.06 m的压力曲线对比图；图8（c）为挡板高度d=0.06 m和d=0.09 m的压力曲线对比图.研究发现：d=0.06 m和d=0.09 m的挡板均消除了液体初始冲击R点时较大的压力跳跃，二者的消能效果均优于d=0.03 m的挡板.挡板高度d=0.06 m时，R点的最大压力值约为0.45 ρgH（0.45倍的充满水的静止液舱内的最大水压力），远小于d=0.03 m时R点的最大压力值（0.83 ρgH）；挡板高度d=0.09 m时，R点的最大压力约为0.27 ρgH，且单个周期内的R点压力值要小于d=0.06 m时的压力值，消能效果更好.由此表明：适当增加挡板高度可以减小壁面压力，从而获得更佳的消能效果.3.3 带孔档板的液体晃荡在液舱中间添加高度d=0.09 m的带孔挡板，建立不同孔洞直径d1的带孔挡板模型，研究带孔挡板对液体晃荡的影响，如图9所示.液舱的几何参数和外部激励与算例3.1相同，孔洞位于挡板中部y=0.045 m处，孔洞直径和挡板高度的比（n=d1/d）分别为2/15，1/5，4/15.图9 含带孔档板的液舱模型Fig.9 Tank model with orifice baffle图10 为同一个周期内的0.3 T时刻，不同液舱内的自由液面位置.对比发现：孔径与挡板高度的比值n较小时（n=2/15），自由液面位置与无孔挡板的结果相近（最大高度0.17 m），孔洞对液体的运动影响较小.当n=1/5时，自由液面在右壁面处的高度有所提升；而当n=4/15时，右壁面处自由液面高度明显增大，最大高度为0.2 m.由此表明，当带孔挡板的孔洞直径与挡板的高度比n较大时，会削弱挡板对液体晃荡的抑制能力.图10 0.3 T时刻不同液舱中自由液面位置对比Fig.10 Comparison of free surface positions of different tanks at 0.3 T图11为不同孔径大小时R点的压力曲线，比较发现：n=2/15时，R点的压力曲线与无孔挡板的压力曲线基本一致，表明较小的孔洞对R点壁面压力的影响可以忽略不计；当n=1/5时，R点的最大压力值为0.33 ρgH，大于无孔挡板时的最大压力值（0.27 ρgH），而其他时刻压力大小相近；n=4/15时，R点的最大压力值为0.32 ρgH，且在液体初始冲击R点时，其瞬时压力相比无孔挡板时明显增大.由此表明：当孔径较大时，挡板对液体运动的阻碍能力削弱.但是，当孔洞直径较小时，带孔挡板的消能效果与不带孔挡板相近.图11 不同工况下R点压力对比Fig.11 Pressure comparison at point R under different work conditions4 结论本文采用δ-SPH方法对液体晃荡进行了数值模拟，得到以下结论：1）采用δ-SPH方法可以有效地消除压力振荡，其压力模拟结果与试验结果基本一致，提高了SPH方法的计算精度和稳定性.2）在液舱中添加中间挡板可以有效地抑制液体的运动，减小液体对液舱的冲击荷载.此外，适当提高挡板高度可以获得更好的消能效果.3）在相同的挡板高度条件下，带孔挡板的消能效果受孔洞直径大小影响.当孔径较小时，带孔挡板可以获得与不带孔挡板相近的消能效果.因此，在工程设计中可以考虑应用孔洞位于中央的小孔径带孔挡板结构，使设计具有更好的经济性.【相关文献】［1］ZHANG Aman，SUN Pengnan，MING Furen，et al.Smoothed particle hydrodynamics and its applications in fluid-structure interaction［sJ］.Journal of Hydrodynamics，2017，29（2）：187-216.［2］MONAGHAN J J.Smoothed particle hydrodynamics and its diverse applications ［J］.Annual Review of Fluid Mechanics，2012，44：323-346.［3］LIU Moubin，LIU Guirong.Smoothed particle hydrodynamics（SPH）：an overview and recent developments［J］.Archives of Computational Methods in Engineering，2010，17（1）：25-76.［4］COLAGROSSI A，LUGNI C，BROCCHINI M.A study of violent sloshing wave impacts using an improved SPH method［J］.Journal of Hydraulic Research，2010，48（sup1）：94-104.［5］SHAO Jiaru，LIU Moubin，YANG Xiufeng，et al.Improved smoothed particle hydrodynamics with RANS for free surface flow problem［J］.International Journal of Computational Methods，2012，9（1）：1240001.［6］MOLTENI D，COLAGROSSI A.A simple procedure to improve the pressure evaluation in hydrodynamic context using the SPH［J］.Computer Physics Communications，2009，180（6）：861-872.［7］ANTUONO M，COLAGROSSI A，MARRONE S，et al.Free-surface flows solved bymeans of SPH schemes with numerical diffusive term［sJ］.Computer Physics Communications，2010，181（3）：532-549.［8］MARRONE S，ANTUONO M，COLAGROSSI A.δ-SPH model for simulating violent impact flows［J］.Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering，2011，200（13）：1526-1542.［9］ANTUONO M，COLAGROSSI A，MARRONE S.Numerical diffusive terms in weakly-compressible SPH schemes［J］.Computer Physics Communications，2012，183（12）：2570-2580.［10］FERRARI A，DUMBSER M，TORO E F，et al.A new 3D parallel SPH scheme for free surface flows［J］.Computers&Fluids，2009，38（6）：1203-1217.［11］MAYRHOFER A，ROGERS B D，VIOLEAU D，et al.Investigation of wall bounded flows using SPH and the unified semi-analytical wall boundary condition［sJ］.Computer Physics Communications，2013，184（11）：2515-2527.［12］CHEN Yunsai，ZHENG Xing，JIN Shanqin，et al.A Corrected solid boundary treatment method for smoothed particle hydrodynamic［sJ］.China Ocean Engineering，2017，31（2）：238-247.［13］强洪夫.光滑粒子流体动力学新方法及应用［M］.北京：科学出版社，2017.［14］OZBULUT M，YILDIZ M，GOREN O.A numerical investigation into the correction algorithms for SPH method in modeling violent free surface flow［sJ］.International Journal of Mechanical Sciences，2014，79（1）：56-65.［15］MARRONE S，COLAGROSSI A，ANTUONO M，et al.An accurate SPH modeling of viscous flows around bodies at low and moderate Reynolds number［sJ］.Journal of Computational Physics，2013，245（1）：456-475.［16］韩亚伟，强洪夫，赵玖玲，等.光滑粒子流体动力学方法固壁处理的一种新型排斥力模型［J］.物理学报，2013，62（4）：326-336.［17］ADAMI S，HU Xiangyu，ADAMS N A.A generalized wall boundary condition for smoothed particle hydrodynamics［J］.Journal of Computational Physics，2012，231（21）：7057-7075.［18］LIU Moubin，SHAO Jiaru，CHANG Jianzhong.On the treatment of solid boundary in smoothed particle hydrodynamics［J］.Technological Sciences，2012，55（1）：244-254.［19］VIOLEAU D，ROGERS B D.Smoothed particle hydrodynamics（SPH）for free-surface flows：past，present and future［J］.Journal of Hydraulic Research，2018（1）：1-26.［20］KISHEV Z R，HU C，KASHIWAGI M.Numerical simulation of violent sloshing by a CIP-based method［J］.Journal of Marine Science&Technology，2006，11（2）：111-122.。

液舱晃荡与弹性防晃结构的相互耦合作用研究

弹性防晃结构的原理
原理：利用弹性材料吸收振动能量，减少
液舱晃荡
设计：根据液舱晃荡特性，选择合适的弹性材料和结构
形式
优化：通过实验和仿真，优化弹性防晃结构的参数和性
能
应用：广泛应用于船舶、航天等领域，提高液舱稳定性
和安全性
弹性防晃结构设计方法
确定晃荡参数：如频率、振幅、相位等
04
液舱晃荡与弹性防晃结构的应用研究
液舱晃荡与弹性防晃结构在船舶领域的应用
液舱晃荡：船舶在航行过程中，由于海浪、风浪等外部因素的影响，导致液舱内的液体产生晃动，影响船舶的稳定
性和安全性。
弹性防晃结构：通过在液舱内安装弹性防晃结构，可以有效地减少液舱晃荡，提高船舶的稳定性和
液舱晃荡与弹性防晃结构的应用研究可以降低石油化工设备的维护成本
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
液舱晃荡与弹性防晃结构的应用研究可以提高石油化工设备的安全性和稳定性
液舱晃荡与弹性防晃结构的应用研究可以提高石油化工设备的生产效率
在其他领域的应用前景
航空航天领域：用于航天器、卫星等设备的防晃荡设计
弹性防晃结构可以减少液舱晃荡的幅度
弹性防晃结构可以降低液舱晃荡的持续时间
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
弹性防晃结构可以提高液舱晃荡的频率
弹性防晃结构可以提高液舱晃荡的稳定性
液舱晃荡与弹性防晃结构的耦合效应
液舱晃荡：液体在舱内晃动，产生压力变化弹性防晃结构：利用弹性材料吸收晃动能量，减少晃动影响相互影响：液舱晃荡影响弹性防晃结构的性能，弹性防晃结构改变液舱晃荡的频率和幅度耦合效应：液舱晃荡与弹性防晃结构相互作用，共同影响系统的稳定性和安全性

用移动粒子半隐式法模拟液舱横摇晃荡现象

用移动粒子半隐式法模拟液舱横摇晃荡现象
潘徐杰;张怀新
【期刊名称】《上海交通大学学报》
【年(卷),期】2008(42)11
【摘要】应用移动粒子半隐式法(MPS)模拟了半满粘性液舱的横摇晃荡运动.模拟中每个时间步分为显示和隐式两步,控制方程中利用粒子与周围粒子之间的关系取代了传统方法中的差分项,利用粒子数密度的变化来判别自由表面.MPS法作为一种Lagrange数值方法,存在着粒子穿透现象.文中使用了一种防穿透方法,取得了较好的结果.结果表明,MPS法在复杂曲面的布点及自由表面的表现上有一定的优势.【总页数】4页(P1904-1907)
【关键词】晃荡;横摇;粘性流体;不可压缩流体;移动粒子半隐式法
【作者】潘徐杰;张怀新
【作者单位】上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】O357.1
【相关文献】
1.液滴斜向撞击液面的移动粒子半隐式法数值模拟 [J], 梁杨杨;孙中国;席光
2.基于大涡模拟改进的移动粒子半隐式法模拟\r平底结构的入水冲击及破坏问题[J], 杨超;张怀新
3.基于粒子法的水平挡板对液舱晃荡现象影响的分析 [J], 吴巧瑞;张珍;陈明辉;唐
元璋;谢永和
4.动态边界粒子SPH法在养殖工船横摇液舱晃荡模拟中的应用比较 [J], 赵新颖;黄温赟;黄文超;管延敏
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

LNG／LPG液舱晃荡研究进展综述

摘
要
对当前国内外运营的ＬＮＧ／ＬＰＧ运输船液舱的主要型式进行介绍。通过对液舱类型的分析，指出液舱晃荡为当前该领域的研究热点，并对近年来的液舱晃荡研究现状进行了阐述。最后提出了当前液舱晃荡研究中存在的问题和下一步的研究方向。
关
键
词：ＬＮＧ／ＬＰＧ液舱；晃荡；数值模拟文献标识码：Ａ
５４卷
第１期（总第２０４期）
朱小松，等：ＬＮＧ／ＬＰＧ液舱晃荡研究进展综述
点：没有载液率限制；安全性、可靠性好；安装
破。该类型液舱以一个主隔层（一般０．７ｉｎＩｎ到
简单，内部没有扶强材，能单独建造并缩短施工周期；易检测、维护；蒸发率低；初期投资较少。
的开发和运输都不可避免的会在液舱内形成液体晃荡。液舱晃荡存在强非线性等特点是学术界和
膜和角点多处变形或受损，ＰｏｌａｒＡｌａｓｋａ船还因此造成液舱绝缘隔热层的缝隙中有部分气体渗入。对于海上航行的ＬＮＧ／ＬＰＧ运输船而言，虽
文章编号：１０００－４８８２（２０１３）Ｏｌ一０２２９．０８
ＬＮＧ／ＬＰＧ液舱晃荡研究进展综述
朱小松，一，谢彬，喻西崇
（１．中海油研究总院，北京１０００２７；２．中国石油大学（北京），北京１０２２４９）

液舱内流体晃荡特性数值研究

文章编号：１０ — ８２２０）２０１７００４８（０２Ｄ — ００５
液舱内流体晃荡特・数值研究ｌ＝生
朱仁庆吴有生，
＜华东船舶工业学院船舶与土木工程系，江苏镇江１２２０；２１０３．中国船舶科学研究中．０．江苏无锡２４８）１０２
摘
要
本文利用ＶＯ法对矩形液船内液体晃蒋进行数值计算。首先对舱由无任何膈板时液体晃蒲作了模拟．Ｆ井－关文靛中的实验结果进行了比较＃然后在舱底中间设置一道平同形式的防晃隔扳，对液体晃葛进行９相了计算。从结算结果看，车支提出的方法可以用于分析液舱内液体的运动和载苟．为设计音理的液舱结构形
式提供理论依据。
关
键
词：液舱｛晃荡；不可压流体；数值计算；ＯＶＦ法文献标识码：Ａ
中图分类号：３７１Ｏ５．
（）引一
言
船舶一般均设有液舱，如压载舱、燃料舱等。当液舱内部分装载液体时，在航行过程中，外界的在激励下（如船舶摇荡），舱内液体就会产生晃荡。液体晃荡是非常复杂的流体运动现象，呈现出强的非线性和随机性。在过去，们对油轮等液货船的晃荡以及其它船的压载舱内液体的晃荡现象并未给予人充分的注意，只是在计算船舶稳性时，计及自由液面的影响，且采用静力学的办法加以简单的修正。才实际上，体晃荡不光影响船舶的稳性，而且在发生剧烈晃荡时，液会对舱壁结构产生拍击（ａｔｇ，ｉｃｉ）ｍｐｎ从而造成结构破坏。近１５年来，由于特种船舶ＬＧ，ＬＧ货轮及超大油轮的出现，引起了对舱内液体晃荡引起的载ＮＰ荷关注。日本学者的研究成果较多，们主要采用ＭＡＣ法、势流理论并结合实验进行研究。国内主要他在上世纪９Ｏ年代后期开始对其关注。本文依据ＶＯＦ（ｌｍｅｏｌｉ），一矩形液舱内流体晃荡特性进行了数值研究。通过对不Ｖｏｕｆｕｄ法对Ｆ同结构形式．即不加隔板和加不同形式隔板，晃荡运动影响的计算，得到结论是：加隔板制荡效果对明显，Ｔ型隔板效果优于『隔板，且型这与文献［］到的实验结论完全一致。１提

基于边界元法的FLNG三维液舱晃荡研究

基于边界元法的FLNG三维液舱晃荡研究FLNG（Floating Liquid Natural Gas）是一种浮式液化天然气生产平台，它将天然气从海底开采、液化，并通过集装箱船运输至消费国。

在FLNG的设计中，液舱的晃动是一个重要的问题，不仅影响到设备的安全性和运行稳定性，还会直接影响到整个生产系统的效率和产量。

为了研究FLNG液舱的晃荡问题，可以采用边界元法进行数值模拟。

边界元法是一种求解弹性力学问题的数值方法，它将物体表面上的应力和位移作为自变量，并通过边界上的边界条件和材料的本构关系求解物体内部的应力和位移分布。

在FLNG液舱的研究中，可以将液舱的表面网格化，将晃动引起的加载作为边界条件，通过边界元法求解液舱内部的应力和位移分布，从而得到液舱的晃动情况。

在进行边界元法的数值模拟时，需要考虑以下几个方面的因素：1.液舱的几何形状：液舱的几何形状对晃动问题有着直接的影响，通常可以将液舱简化为柱状或圆柱形，便于进行数值模拟。

2.液舱的材料性质：液舱的材料性质对晃动问题也有着重要的影响，不同的材料具有不同的弹性模量和泊松比，需要根据实际情况进行选择。

3.外部加载：液舱的晃动通常是由外部环境加载引起的，例如海浪、风力等，需要将这些加载作为边界条件加入到数值模拟中。

4.边界元法的求解器：边界元法的求解器通常包括位移边界元法和应力边界元法，需要根据具体情况选择适当的求解器进行数值模拟。

通过对FLNG液舱的三维晃动问题进行边界元法的数值模拟，可以得到液舱的应力和位移分布情况，进而分析液舱的稳定性和安全性。

同时，还可以通过数值模拟优化设计液舱的结构和材料，提高液舱的晃动性能和工作效率。

因此，边界元法是一种有效的研究FLNG液舱晃动问题的数值方法，可以为FLNG的设计和运行提供重要的参考依据。

基于MSC.Dytran的液舱晃荡分析

能量守恒方程。对任意系统，图１以封闭面ｒ见，
为边界，固定在空间内的任意区间ｎ，：有
厂
ＭＳ．ｙｒｎ程序的欧拉求解器正是基于以ＣＤｔ￣上控制方程对空间域ｎ进行体积离散，然后采用有限体积算法流程来对问题进行求解。ＭＳＤｔｎＣｙｒａ
作者简介：刘新立（９１）男，１８一，硕士生。
研究方向：船舶结构安全性与可靠性研究。
Ｅｍａ：ｕｉｉ７７１３ｃｒ－ｉｌｘｎ００＠．ｏｌｉｌ６ｎ
基于ＭＳ．ｙｒｎ的液舱晃荡分析——刘新立，仁军，ＣＤｔａ严李志锋，史
（汉理工大学交通学院，武武汉４０６）３０３
摘
要：货船发展的关键技术之一是解决液舱内流体的晃荡问题。ＭＳ．ｙｒｎ有限元程序能较好的液ＣＤｔａ
模拟贮液容器的液面晃荡问题。以载液船舶液舱为研究对象，用ＭＳ．ｙｒｎ程序对矩形液舱在一确定装利ＣＤｔａ载水平下的液面晃动进行仿真分析，到了不同时刻舱内液体的液面形状。得关键词：荡；Ｃｙｒｎ仿真分析晃ＭＳＤｔａ；
政
２液体晃荡分析流程
对于液货船，液舱内液体晃荡分析需要知道液舱内的装载工况（如满载离港、载到港等）装载满、率、船舶航向（如迎浪、浪等）航速及近２横、０年的海况等来自晃荡分析的简单流程见图２。

基于FPM的液舱晃荡研究

基于FPM的液舱晃荡研究郑亚雄;王明振;史圣哲【摘要】随着液舱晃荡运动机理的研究深入,舱内液体运动响应和自由液面波形精细模拟成为研究的重点.本文应用无网格方法中的FPM(Finite Point Method)来对液舱晃荡中的动边界及自由液面大变形等问题进行数值求解和图像模拟.以二维液舱晃荡为例,校核运动边界与内部流体粒子点间的运动响应,得到FPM对于边界所受砰击力和内部兴波波高的计算结果以及自由液面模拟图像.将计算结果进行无因次化处理,通过与试验结果进行比对,验证了FPM在液舱晃荡问题中应用的可行性和准确性,也为FPM解决三维复杂液舱晃荡问题中提供铺垫.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2015(037)007【总页数】5页(P34-37,63)【关键词】FPM;液舱晃荡;自由液面;动边界【作者】郑亚雄;王明振;史圣哲【作者单位】中国特种飞行器研究所水动力研究中心,湖北荆门448035;中国特种飞行器研究所水动力研究中心,湖北荆门448035;中国特种飞行器研究所水动力研究中心,湖北荆门448035【正文语种】中文【中图分类】U661.32随着海上运输的发展，液货船得到广泛的应用，液舱内液体晃荡所引起的砰击压力对船舶性能有很大的影响。

晃荡液体的运动具有很强的非线性特性，当舱壁做规律性很强的简谐运动时，液舱内液体受到简谐激励，由此反馈激发的砰击作用的持续时间和所产生的兴波幅值跟着时间来变化。

晃荡所激发的砰击力的幅值大小很难去做实时准确的预报，只能从统计角度上进行大小的估计。

在容器晃荡时，当外界激励频率接近内部带自由液面液体的固有频率时，液体的运动则会十分激烈，尤其是在接近最低固有频率时，这会对容器壁面和容器结构带来严重的不利影响。

对于液舱晃荡的研究，主要集中在液舱所受的最大晃荡冲击载荷以及液舱晃荡受力与时间之间的关系及其统计特征。

在早期受计算手段的限制，研究液舱晃荡问题都是用试验的方法来模拟和记录的，但从70年代开始，CFD技术的发展和兴起，很多有效的数值计算方法得以实现，开始用数值手段来进行晃荡问题的模拟求解。

液舱内不同结构形式对晃荡的影响分析

２８９
水
道
港口
第３卷第４２期
Ｄ１Ｖ＋＋ｐｐｉｔ。
：一
ห้องสมุดไป่ตู้
（）２
式中：为时间；￡ｐ为流体密度；为速度；ｕ尸为压力；为运动粘性系数；为重力加速度。ｇＳＨ法的整个计算域内，Ｐ流场离散成一系列的粒子。所有的物理量都集中在这些粒子自身，函数的计算通过应用核函数积分得到核函数近似。连续方程和动量守恒方程离散成ＳＨ粒子形式Ｐ
计算结果显示，中建立的数值方法可以用于分析液舱内的液体运动和压力分布，文为设计合理的液舱结
构提供理论依据。
关键词：荡；舱；Ｐ法晃液ＳＨ
中图分类号：６．５Ｕ６１１Ｕ６３８；６．７
文献标识码：Ａ
文章编号：０５８４（０１０ — ２７０１０ — ４３２１）４０９ — ８
结构形式对矩形液舱内液体晃荡的抑制效果。通过对不同隔板尺寸的对比研究，得到了隔板高度和宽度对晃荡的影响作用。数值分析结果表明，Ｉ型和 “ ” “” Ｔ型种防晃结构在高度为水深的６％～８％时具有很００
好的防晃效果。对于“ ” Ｔ型防晃结构，上部宽度越宽防晃效果越好。Ｔ型结构较“” “” Ｉ型结构具有一定优势。
边壁的荷载分布ｌ］朱仁庆应用ＶＦ法计算了液舱晃荡的运动和载荷以及舱内结构的防晃效果，对于舱５。Ｏ但内结构只给出了指定大小的２情况［］随着无网格方法的发展，滑粒子水动力学法（Ｐ也应用到液种。光ＳＨ）舱晃荡问题。大鸣应用ＳＨ法计算了矩形液舱的大幅晃荡 … 。岩应用ＳＨ法计算了纵荡和纵摇联合激李Ｐ崔Ｐ励对晃荡波面运动的影响［］在前人的基础上，９。本文使用ＳＨ法分析了液舱内不同结构形式对晃荡的影响。Ｐ

液舱晃荡及其对船舶运动的影响研究

(6)对比考虑晃荡影响前后的船体运动响应结果,清晰地反映了液舱晃荡存在对船舶运动的影响,论证了本文建立的考虑晃荡影响的船舶频域方程的可行性;对比不同载况下的船舶运动响应可知,液舱装载工况不同,对船舶运动的影响方式及大小也不相同。
(7)在利用数值模拟方法解决舱内液体剧烈晃荡(强非线性问题)的基础上,分析液舱晃荡对船舶运动的影响问题,有利于此类问题的较精确求解。
液舱几何示意图所图5.5所示,为八边形菱形液舱,其斜板高度根据法国GTT液舱的尺寸比例取得相应值。
图5.5液舱几何模型
Fig.5.5Geometric model of tank
液舱位于船中(14站)处,其中心与船舶重心在同一条铅垂线上,其加载后横截面示意图如图5.6所示:
货作用于船体的力(矩)发生改变,从而对船体运动产生不同的影响;(b)通过减去惯性力(矩)得到相对于“固体水”时作用于船体的液体晃荡力(矩),然后用于分析液舱液体晃荡对船体运动的影响,更能反应船舶载液前后运动姿态的不同。
大连理工大学硕士学位论文
5.4船舶资料
5.4.1主尺度及液舱位置
的影响,只在船中处加载单个液舱。船舶及液舱主尺度如表5.1所示:
表5.1船舶和液舱主尺度
Fig.5.1Principal dimensions of ship and tank
6.2展望
(1)本文单,为了更真实的反映作用于船舶的液舱晃荡力(矩)的变化特性,今后应该针对三维大比尺模型液舱展开深入的参数化研究。
(2)本文将船舶运动与液舱晃荡在频域内分开求解后,然后将两者结合求解考虑晃荡影响后的船舶运动,该方法实际是将船舶运动与液舱晃荡进行了解耦处理,因此,与真正的耦合分析相比可能存在一定误差,今后还应该对该误差进行分析论证,提出修正方法。

大型LNG船液舱晃荡结构动响应研究

大型LNG船液舱晃荡结构动响应研究大型LNG船是一种运输液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）的船舶，其需要具备良好的安全性和稳定性。

在大型LNG船中，液体货物通常会发生晃荡现象，这会给船体结构带来一定的动响应问题，因此需要进行相关的研究。

液舱晃荡结构动响应主要包括两个方面，即结构响应和声学响应。

结构响应研究主要关注船体的振动和应力等问题，而声学响应研究则关注液化天然气的声学性质及其在船体内的传播情况。

在结构响应方面，液舱晃荡会引起船体的较大变形和应力集中，这对船体的安全性和稳定性带来了一定的威胁。

液舱晃荡结构动响应研究的目的就是通过数值模拟和试验验证的手段，分析液舱晃荡对船体结构的影响，并提出相应的改进措施。

在声学响应方面，液化天然气的声波特性与船体的结构共同影响着液舱晃荡的声学响应。

研究液舱晃荡结构动响应也需要考虑到这些问题。

通过数值计算和试验验证的手段，研究液化天然气在船体内的流动和传播情况，进而分析液舱晃荡对船体内部声学环境的影响，并制定相应的解决方案。

总之，对于大型LNG船来说，液舱晃荡结构动响应的研究至关重要，可以帮助提高船体的安全性和稳定性，保证液化天然气的运输质量，并为设计和建造更加安全可靠的大型LNG船提供有益的经验。

为了深入研究大型LNG船液舱晃荡结构动响应问题，我们需要收集和分析相关的数据。

以下是一些可能涉及到的相关数据：1. 液舱晃荡频率：此数据可以通过实验测定或数值计算得出。

液舱晃荡频率与船体自然频率之间的关系会影响船体的共振情况。

2. 船体的动态应力：液舱晃荡会导致船体产生较大变形和应力，因此需要对船体的动态响应进行分析，特别是在液舱发生晃荡时产生的应力分布情况。

3. 液舱的重心位置和液面高度：液舱重心位置和液面高度会对液舱晃荡产生较大影响，从而对船体结构动响应产生影响。

4. 液化天然气的声波特性：液化天然气的声波特性需要进行详细研究，包括声速、压力、密度等参数。

粒子法的并行加速及在液体晃荡

晃荡2023-11-06CATALOGUE 目录•引言•粒子法的并行加速•粒子法在液体晃荡模拟中的应用•基于并行粒子法的液体晃荡模拟结果与分析•结论与展望01引言研究背景与意义粒子法作为计算流体动力学(CFD)的一种离散方法，在航空航天、海洋工程、生物医学等领域具有广泛的应用价值。

随着计算硬件的发展，大规模CFD模拟已成为可能，但同时也面临着计算效率低下的问题。

并行加速技术可以有效提高CFD模拟的计算效率，而液体晃荡现象在船舶、海洋工程等领域具有广泛的应用，因此对粒子法的并行加速及在液体晃荡领域的研究具有重要的实际意义。

研究现状与问题目前，国内外学者针对粒子法的并行加速技术开展了大量研究工作，但仍然存在以下问题2. 并行化后导致的负载均衡问题；1. 并行化效率不高，无法充分发挥多核CPU的计算能力；3. 并行化后计算的精度和稳定性问题。

研究内容与方法本研究的主要内容是针对粒子法的并行加速技术进行深入研究，包括以下几个方面1. 并行策略的选择和优化；2. 并行化后导致的负载均衡问题的解决方法；3. 并行化后计算的精度和稳定性问题的解决方法；4. 针对液体晃荡现象，研究粒子法在模拟液体晃荡过程中的适用性和优化方法。

研究内容与方法本研究采用的方法包括 1. 对粒子法进行数学建模和算法分析；2. 利用并行编程技术对算法进行并行化处理；研究内容与方法研究内容与方法3. 通过实验验证并行化后算法的正确性和性能表现；4. 将并行化后的算法应用于液体晃荡模拟，并对其进行优化。

02粒子法的并行加速并行计算是指同时使用多个计算资源来执行一项任务，目的是加速计算过程。

并行计算的定义并行计算的分类并行计算的优势根据实现方式，并行计算可分为分布式并行计算、共享式并行计算和混合式并行计算。

通过同时执行多个任务，提高计算效率和处理速度。

03并行计算的基本原理0201粒子法是一种基于物理原理的模拟方法，通过跟踪一组粒子的运动和相互作用来模拟系统的行为。

基于Youngs法的液舱大幅晃荡数值模拟

第13卷第1期船舶力学Vol.13No.1 2009年2月Journal of Ship Mechanics Feb.2009文章编号：1007-7294（2009）01-0009-10基于Youngs法的液舱大幅晃荡数值模拟端木玉1，朱仁庆2（1江苏海事职业技术学院，南京211100；2江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江212003）摘要：液舱大幅晃荡一直是船舶水动力学研究的热点问题。

文章采用Youngs法重构自由表面，给出了自由表面单元的速度边界条件，并且对液体晃荡中出现的流体翻卷、破碎后出现的流体波面的锋—锋相遇的情况进行了分析和讨论。

数值模拟结果表明，Youngs法结合适当的自由表面条件，能够较好地模拟液舱内大幅晃荡中出现的翻卷和破碎的现象。

关键词：液体晃荡；流体体积法（VOF）；液舱；自由表面中图分类号：U663.85文献标识码：ANumerical simulation of violent liquid sloshingin a tank based on Youngs methodDUAN Mu-yu1,ZHU Ren-qing2(1Jiangsu Maritime Institute,Nanjing211100,China;2Jiangsu Universityof Science and Technology,Zhenjiang212003,China)Abstract：The study on large amplitude sloshing is a noticeable subject of ship hydrodynamics.In this pa-per,Youngs method is adopted to reconstruct the free surface and the velocity boundary conditions of free surface cells are described.The cases of free surface fronts encounter which occur when the fluid turning and breaking are discussed.The code is programmed and the numerical simulation of large amplitude sloshing is performed.The results show that the method and the free surface velocity conditions are effec-tive to analyze violent liquid sloshing.Key words:sloshing;volume of fluid;condition of free surface cells1引言液体晃荡是水动力学研究的热点问题，已从最初的航天航空领域延伸到了其他各个工程领域。