不同型式液舱晃荡压力对比分析_郭建捷.pdf
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1、不同型式液舱晃荡压力对比分析不同型式液舱晃荡压力对比分析郭建捷,王伟,李聪,周博,崔海鑫(中国船舶及海洋工程设计研究院,上海 200011)摘 要:对于液货船舶,航行过程中液舱晃荡不可避免,采用合理的液舱结构对减小液舱晃荡压力至关重要。基于传统的矩形液舱考虑在纵舱壁上添加不同宽度和数量的水平挡板及顶部削斜 2 种型式,建立了船舶液舱的三维模型,并利用 Fluent 软件进行三维液舱的晃荡压力计算,评估液舱结构型式对晃荡压力的影响。计算表明,在较高装载率下,通过合理设置挡板的数量和宽度,可以使舱内的晃荡情况得到优化,而顶部削斜结构型式由于减小了沿晃荡方向的舱体长度,可有效降低高装载率下的晃荡压力
2、。关键词:液货船舶;水平挡板;顶部削斜;晃荡压力中图分类号:U661文献标识码:A文章编号:16727649(2023)12002704doi:10.3404/j.issn.16727619.2023.12.005Comparative analysis of sloshing pressure for tanks with different typesGUOJian-jie,WANGWei,LICong,ZHOUBo,CUIHai-xin(MarineDesignandResearchInstituteofChina,Shanghai200011,China)Abstract:Forliq
3、uidcargoship,tanksloshingisinevitableduringnavigation.Itisveryimportanttoadoptareason-abletankstructuretoreducethetanksloshingpressure.Basedonthetraditionalrectangulartank,consideringaddinghori-zontalbaffleswithdifferentwidthsandnumbersonthelongitudinalbulkheadandthetopcutting,thethree-dimensionalmo
4、delofthetankisestablished,andthesloshingpressureofthethree-dimensionaltankiscalculatedbyusingFluentsoft-waretoevaluatetheinfluenceofthetankstructureonthesloshingpressure.Thecalculationshowsthatunderhighloadingrate,thesloshingsituationinthecabincanbeoptimizedbyreasonablyarrangingthenumberandwidthofba
5、ffles,andthesloshingpressureunderhighloadingratecanbeeffectivelyreducedbyreducingthelengthofthecabinalongthesloshingdirectionwiththeoneofthetopcutting.Key words:liquidcargoship;horizontalbaffle;topcutting;sloshingpressure0引言船舶上的液舱一般是为了专门储存和运输液体货物而设的舱室,随着船舶尺寸的日趋大型化,液舱尺寸也逐渐增大。当船舶液舱内部分装载液体时,液体会在舱内晃荡,加上
6、液舱在航行过程中由于各种环境载荷的作用产生摇晃、升沉等运动,在舱内结构上产生冲击压力,这种冲击压力一般来说作用时间较短,数值较大13。在航行中液体晃荡而使油轮丧失稳性或局部结构损坏的事例曾多次发生,甚至有的酿成重大翻船事故,造成严重的生命和财产损失及环境问题。因此晃荡引起的载荷与效应已成为航行中载液船舶安全性评估的重要内容之一。液舱晃荡压力的大小与船舶的运动、液舱内的装载率、液舱内部结构型式等多种因素有关46。有研究表明,液舱结构型式对液舱中液体晃荡的剧烈程度有比较显著的影响79。在上部安装垂直板,底部安装 I 型挡板和 T 型挡板,液舱中间设置制荡横舱壁均对液舱有很好的减晃效果。一个好的液舱
7、结构型式可以抑制舱内液体的晃荡,从而减小晃荡过程中的晃荡压力。反之,液舱型式设计不合理时,舱内液体晃荡情况会变恶劣,从而使晃荡压力增加,因此,选取合适的液舱结构型式以减少液舱晃荡压力就显得尤为重要。为保障船舶航行安全,本文对具有代表性的液舱结构进行晃荡压力下的强度分析,并采用适当的优化策略,对多种液舱结构的晃荡压力进行对比分析。针对船中部矩形液舱,考虑在纵舱壁上添加不同宽度和数量的水平挡板及顶部削斜这 2 种不同型式的第 45卷第12期舰船科学技术Vol.45,No.122023年6月SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYJun.,2023收稿日期:20220726作者简介:郭建捷(
8、1989),男,工程师,主要从事船体结构设计。结构修改,对修改后的结构型式进行建模及数值模拟分析,对比分析不同的液舱结构型式对晃荡压力的影响。1液舱方案本文研究对象为一个位于船中部的矩形液舱,在宽度方向沿船中纵剖面对称,长 16.3m,宽 15m,高14.2m。液舱有两类改进方案:第 1 类方案是在纵舱壁上加纵向水平挡板,挡板左右对称分布,在长度方向由一横舱壁延伸至另一横舱壁。挡板数量由 13 变化,挡板宽度分别为 1.0m,1.5m 和 2.0m,共 9 种方案。其中单挡板位置为纵舱壁上 0.7H 处(H 为液舱高度);双挡板高度位于 0.25H,0.7H 处;三挡板高度位于(0.25H,0
9、.5H,0.7H)。第 2 类方案是将液舱靠近两侧的舱顶角隅处改为斜板型式。削斜角度 的正切值分别为 0.25,0.5,0.75,1,1.25,1.5,共 6 组方案。2数值模型 2.1 简化模型模型建立及网格划分使用的软件为 Fluent 专用的前处理软件 Gambit,其具有超强的组合建模能力,可用来建立几何形状及生成网格。本船中液舱舱内结构较为简单,舱壁及舱顶均无水平或垂向桁材,无需简化。船中液舱第 1 类方案和第 2 类方案所建立的模型均采用六面体结构化网格,网格尺寸为 250mm,顶部无细化,网格数目为 22 万左右。2.2 工况因该液舱于船中,横摇时液体晃荡情况较纵摇更为剧烈,故主
10、要考察液舱的横摇工况,且对液舱结构型式所做更改均位于液舱顶部,不会影响低装载率下的晃荡情况,故只计算装载率为 0.7 及 0.85 的横摇工况。晃荡压力监测点主要取侧壁液面以下及液面附近,如图 1 所示。2.3 横摇运动模拟数值模拟晃荡过程需模拟船舶的横摇和纵摇过程,通过定义外部 profile 文件定义旋转运动实现对液舱的横摇及纵摇运动的模拟,旋转中心则为相应的横摇或纵摇的稳心,稳心由相应的数据和规范计算得到。横摇周期为 18.57s,横摇角 24.2,均计算 7 个周期,即横摇运动计算时间为130s,时间步长均取为0.05s。3计算结果及分析 3.1 第 1 类方案图 2 给出了 0.7
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