GPU構(gòu)架下SPH法對LNG液艙晃蕩及船艏砰擊作用效應(yīng)的研究.pdf

1、隨著液化天然氣(LNG)需求量的不斷增長,LNG運輸船的數(shù)量以及液艙的容量都在不斷增加。航行中LNG船舶局部受到海水的砰擊而破壞的威脅也在逐漸增大。此外,由船舶在航行過程中自身的晃蕩以及海水砰擊產(chǎn)生的晃蕩誘導(dǎo)LNG產(chǎn)生的晃蕩沖擊力可能會導(dǎo)致液艙關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的損壞。因此需要對液艙所受的晃蕩壓力以及船舶外殼所受砰擊壓力進行連續(xù)監(jiān)控和動態(tài)分析,以防止液化天然氣運輸船被擊穿發(fā)生災(zāi)難性的故障。
　　圍繞LNG運輸船舶航行過程中出現(xiàn)的問題,本文分

2、別進行了物理和數(shù)值模型實驗。數(shù)值模型實驗運用 SPH方法實現(xiàn),通過運用新型的邊界條件處理方法很好的解決了傳統(tǒng)SPH方法流體粒子滲透問題和壓力場不穩(wěn)定問題。本文還實現(xiàn)了SPH方法在GPU上進行運算,極大的提升了SPH方法數(shù)值模擬的效率。為了研究液艙簡諧運動時LNG晃蕩幅度的影響因素,設(shè)計并進行的一系列不同工況的物理模型實驗。由實驗結(jié)果分析可知,液艙簡諧運動時LNG對液艙邊壁作用壓力呈現(xiàn)出明顯的雙峰狀態(tài),當(dāng)液艙的晃蕩頻率接近固有頻率時LNG

3、的晃蕩幅度較大,同時物理模型實驗結(jié)果對數(shù)值模擬結(jié)果起到了驗證作用。通過對液艙橫向搖動和晃蕩簡諧運動的單獨作用以及組合作用的數(shù)值模擬結(jié)果分析可知,當(dāng)液艙運動頻率為固有頻率時,單獨的搖動和晃蕩運動形式引起的液艙內(nèi)部流體對邊壁的作用力最大;當(dāng)液艙以相同的運動頻率以及組合相位差為零時,液艙內(nèi)晃蕩流體對液艙邊壁的作用力相對最小。最后通過二維和三維數(shù)值模擬實驗對海水砰擊問題進行仔細的分析,得到了不同時刻流體的自由表面狀態(tài)、內(nèi)部壓力分布狀態(tài)、內(nèi)部速度