一種基于液貨船艙內(nèi)劇烈晃蕩荷載的液艙優(yōu)化設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于液貨船艙內(nèi)劇烈晃蕩荷載的液艙優(yōu)化設(shè)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(yùn)動響應(yīng)幅度算子和運(yùn)動加速度，由此判斷得到船舶的水動力性能；2）結(jié)合船舶實(shí)際作業(yè)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(yùn)動響應(yīng)；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(nèi)液體劇烈晃蕩的臨界晃蕩波浪條件；5）結(jié)合液艙的基本參數(shù)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(jìn)行比較，得到適用于該實(shí)際作業(yè)海域的較優(yōu)的液艙截面型式和尺寸。本發(fā)明具有計算速度快，計算精度較高，簡單實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，并為液艙優(yōu)化選型提供重要的理論依據(jù)。
【專利說明】一種基于液貨船艙內(nèi)劇烈晃蕩荷載的液艙優(yōu)化設(shè)計方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種液貨船艙室的設(shè)計方法，具體涉及一種基于液貨船艙內(nèi)劇烈晃蕩荷載的液艙優(yōu)化設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]晃蕩是指在部分充滿液體的容器內(nèi)出現(xiàn)的液面波動現(xiàn)象，這是一種在自然界普遍存在的物理現(xiàn)象，在航天、石化、海洋和船舶等工程領(lǐng)域均有涉及。隨著世界航運(yùn)業(yè)的不斷發(fā)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(yùn)輸船的數(shù)量在逐年增加。同時，隨著深遠(yuǎn)海氣田開發(fā)的需要，海洋工程界近年提出了大型浮式液化天然氣生產(chǎn)儲卸裝置(FLNG)。一般對于運(yùn)輸LNG/LPG等的液貨船均存在艙內(nèi)部分充滿液體的狀態(tài)，此時艙內(nèi)液體運(yùn)動將對艙壁產(chǎn)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(yùn)營密切相關(guān)。
[0003]由于影響液艙晃蕩荷載大小的因素很多(如艙內(nèi)液體高度、艙室截面型式、艙室在船舶中的位置、船舶運(yùn)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(rèn)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(yè)海域的海況條件，結(jié)合船舶的水動力性能即可計算得到船舶的長期運(yùn)動響應(yīng)；最后是船舶內(nèi)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(shù)也達(dá)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(nèi)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(nèi)最大晃蕩荷載，并基于該最大晃蕩荷載來對液艙進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，對于液貨船的安全運(yùn)營至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于液貨船艙內(nèi)劇烈晃蕩荷載的液艙設(shè)計方法，以為液艙優(yōu)化選型提供重要的理論依據(jù)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種基于液貨船艙內(nèi)劇烈晃蕩荷載的液艙優(yōu)化設(shè)計方法，其包括以下步驟:
[0006]1)船舶水動力分析:
[0007]根據(jù)船舶的重量、重心和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)六個自由度方向的運(yùn)動響應(yīng)幅度算子，以及Χ、y和Z三個坐標(biāo)軸方向的加速度運(yùn)動響應(yīng)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(yùn)動響應(yīng):
[0009]根據(jù)步驟1)中船舶的水動力性能，并結(jié)合船舶實(shí)際作業(yè)海域的波高周期分布和波浪方向分布概率進(jìn)行船舶的長期運(yùn)動響應(yīng)分析，由此得到船舶在其實(shí)際作業(yè)海域的海況條件下的長期運(yùn)動響應(yīng)，包括縱蕩、橫蕩、升沉、橫搖、縱搖和回轉(zhuǎn)六個自由度方向的LTR，以及X、Y和Z三個坐標(biāo)軸方向的加速度響應(yīng)；
[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(jìn)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(quán)利要求】
1.一種基于液貨船艙內(nèi)劇烈晃蕩荷載的液艙優(yōu)化設(shè)計方法，其包括以下步驟:1)船舶水動力分析:根據(jù)船舶的重量、重心和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)六個自由度方向的運(yùn)動響應(yīng)幅度算子，以及X、Y和Z三個坐標(biāo)軸方向的加速度運(yùn)動響應(yīng)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(yùn)動響應(yīng):根據(jù)步驟1)中船舶的水動力性能，并結(jié)合船舶實(shí)際作業(yè)海域的波高周期分布和波浪方向分布概率進(jìn)行船舶的長期運(yùn)動響應(yīng)分析，由此得到船舶在其實(shí)際作業(yè)海域的海況條件下的長期運(yùn)動響應(yīng)，包括縱蕩、橫蕩、升沉、橫搖、縱搖和回轉(zhuǎn)六個自由度方向的LTR，以及X、Y和Z三個坐標(biāo)軸方向的加速度響應(yīng)；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(jìn)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(quán)利要求1所述的一種基于液貨船艙內(nèi)劇烈晃蕩荷載的液艙優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于:在進(jìn)行上述步驟1)和步驟2)時，采用商業(yè)軟件HydroSTAR進(jìn)行計算。
3.如權(quán)利要求1所述的一種基于液貨船艙內(nèi)劇烈晃蕩荷載的液艙優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于:在進(jìn)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(quán)利要求2所述的一種基于液貨船艙內(nèi)劇烈晃蕩荷載的液艙優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于:在進(jìn)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(quán)利要求1到4任一項(xiàng)所述的一種基于液貨船艙內(nèi)劇烈晃蕩荷載的液艙優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于:在進(jìn)行上述步驟5)時，采用商業(yè)軟件FLUENT進(jìn)行計算。
6.如權(quán)利要求1到4任一項(xiàng)所述的一種基于液貨船艙內(nèi)劇烈晃蕩荷載的液艙優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于:在進(jìn)行上述步驟5)時，液艙的基本參數(shù)包括:液艙寬度B，液艙長度L，液艙高度H，液艙內(nèi)水深高度d，液艙內(nèi)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(quán)利要求5所述的一種基于液貨船艙內(nèi)劇烈晃蕩荷載的液艙優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于:在進(jìn)行上述步驟5)時，液艙的基本參數(shù)包括:液艙寬度B，液艙長度L，液艙高度H，液艙內(nèi)水深高度d，液艙內(nèi)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(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)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