一種基于液貨船艙內劇烈晃蕩荷載的液艙優化設計方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于液貨船艙內劇烈晃蕩荷載的液艙優化設計方法，其包括以下步驟：1）通過計算得到船舶每個液艙的運動響應幅度算子和運動加速度，由此判斷得到船舶的水動力性能；2）結合船舶實際作業海域的波高周期分布和波浪方向分布概率分析得到船舶的長期運動響應；3）計算得到液艙在不同載液率下縱截面和橫截面的固有周期；4）綜合上述因素計算液艙的劇烈晃蕩荷載，通過繪制圖形得到臨界晃蕩波浪條件的曲線圖，并選取最可能引起液艙內液體劇烈晃蕩的臨界晃蕩波浪條件；5）結合液艙的基本參數計算液艙壁面的晃蕩荷載壓力分布，然后將不同截面型式和尺寸液艙的最大晃蕩荷載進行比較，得到適用于該實際作業海域的較優的液艙截面型式和尺寸。本發明具有計算速度快，計算精度較高，簡單實用等優點，并為液艙優化選型提供重要的理論依據。
【專利說明】一種基于液貨船艙內劇烈晃蕩荷載的液艙優化設計方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種液貨船艙室的設計方法，具體涉及一種基于液貨船艙內劇烈晃蕩荷載的液艙優化設計方法。
【背景技術】
[0002]晃蕩是指在部分充滿液體的容器內出現的液面波動現象，這是一種在自然界普遍存在的物理現象，在航天、石化、海洋和船舶等工程領域均有涉及。隨著世界航運業的不斷發展以及世界各國對清潔能源需求的不斷增加，液化天然氣/液化石油氣(LNG/LPG)運輸船的數量在逐年增加。同時，隨著深遠海氣田開發的需要，海洋工程界近年提出了大型浮式液化天然氣生產儲卸裝置(FLNG)。一般對于運輸LNG/LPG等的液貨船均存在艙內部分充滿液體的狀態，此時艙內液體運動將對艙壁產生較大的晃蕩荷載沖擊，而晃蕩荷載的劇烈程度與液貨船的安全運營密切相關。
[0003]由于影響液艙晃蕩荷載大小的因素很多(如艙內液體高度、艙室截面型式、艙室在船舶中的位置、船舶運動幅度及頻率等)，因此難于計算得到液艙晃蕩荷載最大的情況。一般認為影響液艙晃蕩荷載大小的因素主要有三個方面:首先是船舶的水動力性能；其次是作業海域的海況條件，結合船舶的水動力性能即可計算得到船舶的長期運動響應；最后是船舶內的液艙固有特性，如接近其固有周期時，往往液艙晃蕩荷載較大。如果將上述因素一一考慮，即使每種影響因素僅考慮10種情況，總共工況數也達到1000種，并且液艙晃蕩荷載的計算非常耗時，這樣大量的計算工況使得計算時間無法忍受，同時這樣的計算也非常粗略，因而也不能完全捕獲液艙晃蕩的最大荷載。對于這些液貨船，其艙內的液體晃蕩無法避免，因此如何快速高效地計算液貨船艙內最大晃蕩荷載，并基于該最大晃蕩荷載來對液艙進行優化設計，對于液貨船的安全運營至關重要。
【發明內容】
[0004]針對上述問題，本發明的目的是提供一種基于液貨船艙內劇烈晃蕩荷載的液艙設計方法，以為液艙優化選型提供重要的理論依據。
[0005]為實現上述目的，本發明采取以下技術方案:一種基于液貨船艙內劇烈晃蕩荷載的液艙優化設計方法，其包括以下步驟:
[0006]1)船舶水動力分析:
[0007]根據船舶的重量、重心和轉動慣性半徑計算得到船舶每個液艙中心位置的縱蕩、橫蕩、升沉、橫搖、縱搖和回轉六個自由度方向的運動響應幅度算子，以及Χ、y和Z三個坐標軸方向的加速度運動響應幅度算子，由此判斷得到船舶在各種波浪狀況下的水動力性能；
[0008]2)船舶長期運動響應:
[0009]根據步驟1)中船舶的水動力性能，并結合船舶實際作業海域的波高周期分布和波浪方向分布概率進行船舶的長期運動響應分析，由此得到船舶在其實際作業海域的海況條件下的長期運動響應，包括縱蕩、橫蕩、升沉、橫搖、縱搖和回轉六個自由度方向的LTR，以及X、Y和Z三個坐標軸方向的加速度響應；
[0010]3)液艙特性分析:
[0011]將三維液艙分解為橫向和縱向兩個截面進行分析，并通過公式(1)計算得到液艙在不同載液率下縱截面的固有周期，通過公式(2)計算得到液艙在不同載液率下橫截面的固有周期:
[0012]
【權利要求】
1.一種基于液貨船艙內劇烈晃蕩荷載的液艙優化設計方法，其包括以下步驟:1)船舶水動力分析:根據船舶的重量、重心和轉動慣性半徑計算得到船舶每個液艙中心位置的縱蕩、橫蕩、升沉、橫搖、縱搖和回轉六個自由度方向的運動響應幅度算子，以及X、Y和Z三個坐標軸方向的加速度運動響應幅度算子，由此判斷得到船舶在各種波浪狀況下的水動力性能；2)船舶長期運動響應:根據步驟1)中船舶的水動力性能，并結合船舶實際作業海域的波高周期分布和波浪方向分布概率進行船舶的長期運動響應分析，由此得到船舶在其實際作業海域的海況條件下的長期運動響應，包括縱蕩、橫蕩、升沉、橫搖、縱搖和回轉六個自由度方向的LTR，以及X、Y和Z三個坐標軸方向的加速度響應；3)液艙特性分析:將三維液艙分解為橫向和縱向兩個截面進行分析，并通過公式(1)計算得到液艙在不同載液率下縱截面的固有周期，通過公式(2)計算得到液艙在不同載液率下橫截面的固有周期:
2.如權利要求1所述的一種基于液貨船艙內劇烈晃蕩荷載的液艙優化設計方法，其特征在于:在進行上述步驟1)和步驟2)時，采用商業軟件HydroSTAR進行計算。
3.如權利要求1所述的一種基于液貨船艙內劇烈晃蕩荷載的液艙優化設計方法，其特征在于:在進行上述步驟4)時，選擇以下三種臨界晃蕩波浪條件:1)臨界晃蕩波浪條件的周期接近液艙固有周期的；2)等效波浪幅值最大的；3)等效波浪幅值較大，且臨界晃蕩波浪條件的周期又較為接近液艙固有周期的。
4.如權利要求2所述的一種基于液貨船艙內劇烈晃蕩荷載的液艙優化設計方法，其特征在于:在進行上述步驟4)時，選擇以下三種臨界晃蕩波浪條件:1)臨界晃蕩波浪條件的周期接近液艙固有周期的；2)等效波浪幅值最大的；3)等效波浪幅值較大，且臨界晃蕩波浪條件的周期又較為接近液艙固有周期的。
5.如權利要求1到4任一項所述的一種基于液貨船艙內劇烈晃蕩荷載的液艙優化設計方法，其特征在于:在進行上述步驟5)時，采用商業軟件FLUENT進行計算。
6.如權利要求1到4任一項所述的一種基于液貨船艙內劇烈晃蕩荷載的液艙優化設計方法，其特征在于:在進行上述步驟5)時，液艙的基本參數包括:液艙寬度B，液艙長度L，液艙高度H，液艙內水深高度d，液艙內水面寬度bf，液艙下斜面高度h，液艙上斜面高度hu，液艙下斜面與液艙豎直面夾角，液艙上斜面與液艙豎直面夾角Yu。
7.如權利要求5所述的一種基于液貨船艙內劇烈晃蕩荷載的液艙優化設計方法，其特征在于:在進行上述步驟5)時，液艙的基本參數包括:液艙寬度B，液艙長度L，液艙高度H，液艙內水深高度d，液艙內水面寬度bf，液艙下斜面高度h1;液艙上斜面高度hu，液艙下斜面與液艙豎直面夾角，液艙上斜面與液艙豎直面夾角Yu。
【文檔編號】G06F17/50GK103745063SQ201410021540
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月16日 優先權日:2014年1月16日
【發明者】朱小松, 謝彬, 喻西崇 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油研究總院