基于SPH法的艙內(nèi)液體晃蕩的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著海上液化天然氣開采和運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，LNG船日漸廣泛的投入設(shè)計(jì)和使用中，由于是載液船舶，對(duì)其晃蕩問題的研究也變得非常重要，成為船舶力學(xué)研究熱點(diǎn)課題。液體在有限域內(nèi)由自由表面的波動(dòng)所引起的整個(gè)液體的運(yùn)動(dòng)稱為晃蕩。晃蕩現(xiàn)象分為自由晃蕩和強(qiáng)迫晃蕩。液體晃蕩的最大特點(diǎn)是存在可自由移動(dòng)的自由表面。
　　 本文運(yùn)用了一種較新的純拉格朗日方法對(duì)液體晃蕩進(jìn)行數(shù)值模擬，該方法稱為光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)法，簡(jiǎn)稱SPH。該方法屬于無網(wǎng)格法的一種，完全無需

2、對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，而是將微分方程(組)離散到一系列相互獨(dú)立的流體質(zhì)點(diǎn)上，通過解線性方程組求得數(shù)值解。由于其粒子特征，SPH方法具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：對(duì)流項(xiàng)直接通過粒子運(yùn)動(dòng)來模擬，完全消除自由界面上的數(shù)值發(fā)散，保證了自由液面追蹤的準(zhǔn)確性，且完全不需要網(wǎng)格，免去了網(wǎng)格生成的麻煩，吏避免了網(wǎng)格扭曲與網(wǎng)格重構(gòu)問題，能夠十分方便地模擬具有自由液面大變形的流動(dòng)問題。
　　 本文詳細(xì)論述了SPH法基本思想、函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)的SPH積分表示方法，以及函

3、數(shù)的SPH法粒子近似，由流體動(dòng)力學(xué)的基本方程建立了SPH法基本方程；對(duì)核函數(shù)、支持域與影響域等基本概念進(jìn)行了分析。建立了二維水動(dòng)力數(shù)值模型，自由表面不施加條件，固邊界采用固定壁粒子、鏡像粒子，壓力采用狀態(tài)方程計(jì)算。
　　 文中以二維矩形容器為例，采用SPH法對(duì)二維液艙內(nèi)液體蕩問題進(jìn)行了數(shù)值模擬，分別得到了不同液深情況下采用不同振幅、不同周期外激勵(lì)加載時(shí)的粒子分布、壓強(qiáng)分布以及流場(chǎng)圖，并繪制了不同位置的液面波動(dòng)曲線，與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行