矩形液舱横荡流体载荷的Fluent数值模拟

张书谊 段文洋

1 中国舰船研究设计中心，湖北 武汉 430064 2 哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨 150001

1 引 言

近年来，随着液化天然气（LNG）船需求量的增加，液舱晃荡问题逐渐引起人们的重视。尤其是目前液体船的吨位和液舱容积越来越大，舱内液体晃荡会产生很大的砰击载荷，因此，如何准确预报砰击载荷便成为研究热点。另外，基于海洋开发的要求，浮式生产储油设备（FPSO）需求量增加。这种船舶一般都是在恶劣的海浪环境中工作，油舱内晃荡运动剧烈，也需要估算砰击载荷来进行结构设计等。由于流体大幅晃荡是非线性运动，在理论上尚没有好的解决办法，目前主要是通过试验和数值模拟进行研究。Lee［1］通过数值模拟对试验中的尺度效应以及各参数对结果的影响进行了研究。朱仁庆［2］采用VOF方法对晃荡问题及其与结构的相互作用进行了系统研究。文献［3-4］较系统地介绍了各种数值方法的优缺点。近年来，发展了一些无网格方法，Souto-Iglesia［5］采用 SPH 方法对晃荡问题进行了研究。但采用大型商用软件对晃荡问题进行研究的较少，Modaressi-Tehrani等［6］采用Fluent对晃荡时波浪翻卷引起的砰击载荷进行了计算；李谊乐［7］采用CFX对晃荡对船舶横摇的影响进行了计算。为进一步研究大型商用软件对晃荡问题的模拟能力，本文采用Fluent对矩形液舱的横荡问题进行了数值模拟，并将数值结果与韩国大宇船舶与海洋工程公司公布的实验结果进行了比较。

2 晃荡问题理论分析及数值模拟方法

2.1 液舱的固有频率分析

根据势流理论，可知宽为b，水深为h的液舱内流体运动固有频率的表达式为：