考慮液艙晃蕩影響的flng運動預(yù)報方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種考慮液艙晃蕩影響的FLNG運動預(yù)報方法，包括以下步驟：1)基于勢流理論和面元法，在時域內(nèi)對艙內(nèi)液體的非線性晃蕩進行描述，求得艙內(nèi)液體晃蕩的速度勢，和晃蕩所引起的液體對艙壁的壓力；2)將步驟1)得到的壓力作為船體運動方程式右端的外力輸入并考慮外部波浪力的影響，計算船體的運動響應(yīng)，求得船體的位置，同時進行自由液面的更新；3)將得到的當(dāng)前時刻船體位置和更新后的自由液面作為艙內(nèi)液體晃蕩問題的邊界條件，從而求得下一時刻艙內(nèi)液體的晃蕩問題，如此不斷循環(huán)，至設(shè)定時間后即可停止。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有節(jié)約計算時間，大大提高了液艙和FLNG的設(shè)計效率等優(yōu)點。
【專利說明】考慮液艙晃蕩影響的FLNG運動預(yù)報方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種船舶運動預(yù)報，尤其是涉及一種考慮液艙晃蕩影響的FLNG(大型浮式液化天然氣船)運動預(yù)報方法。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，石油資源的短缺以及對能源需求的不斷增長，導(dǎo)致海上油氣田的大規(guī)模開發(fā)，同時海洋邊際氣田的開發(fā)也提上了日程。為了經(jīng)濟有效地開發(fā)海洋邊際油氣田，國際上提出了大型浮式液化天然氣船(以下簡稱FLNG)的概念。擁有龐大體積的FLNG長期系泊于作業(yè)海域，將經(jīng)歷復(fù)雜的海洋環(huán)境條件和各種各樣的艙內(nèi)液體裝載狀況。惡劣的海洋環(huán)境條件將引起FLNG的劇烈運動，從而引起艙內(nèi)液體的晃蕩。FLNG的船體運動引起艙內(nèi)LNG液體晃蕩，該晃蕩一方面將會對夜艙壁面形成較大的沖擊壓力，另外一方面反過來也會影響FLNG船體的運動性能。因而，這是一種典型的耦合運動性能。因此，艙內(nèi)液體晃蕩與船體運動耦合響應(yīng)的預(yù)報成為FLNG設(shè)計中必須考慮的重要因素之一。
[0003]目前，數(shù)值分析是研究艙內(nèi)液體晃蕩對船體運動影響最主要的研究手段之一。通過數(shù)值分析，可以較為全面地獲得船體運動與艙內(nèi)液體之間的耦合響應(yīng)，影響因素以及響應(yīng)機理等內(nèi)容，獲得較為可靠的計算結(jié)果。計算結(jié)果可用來校驗實驗和數(shù)值仿真的結(jié)果精度?；问巻栴}的研究，對我國FLNG液艙設(shè)計和FLNG船自主研發(fā)，都有重要的意義。艙內(nèi)液體晃蕩問題的難點在于準(zhǔn)確模擬液艙內(nèi)部的自由液面情況。從現(xiàn)有的研究報道可以看出，對于艙內(nèi)液體晃蕩問題的模擬方法主要為仿真計算。仿真計算雖然可以模擬艙內(nèi)液體的晃蕩，但仍難以考慮船體運動的影響。傳統(tǒng)的關(guān)于晃蕩的研究并沒有關(guān)注與船體運動之間的率禹合影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種考慮液艙晃蕩影響的FLNG運動預(yù)報方法。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]一種考慮液艙晃蕩影響的FLNG運動預(yù)報方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]I)基于勢流理論和面元法，在時域內(nèi)對艙內(nèi)液體的非線性晃蕩進行描述，求得艙內(nèi)液體晃蕩的速度勢，和晃蕩所引起的液體對艙壁的壓力；
[0008]2)將步驟I)得到的壓力作為船體運動方程式右端的外力輸入并考慮外部波浪力的影響，計算船體的運動響應(yīng)，求得船體的位置，同時進行自由液面的更新；
[0009]3)將得到的當(dāng)前時刻船體位置和更新后的自由液面作為艙內(nèi)液體晃蕩問題的邊界條件，從而求得下一時刻艙內(nèi)液體的晃蕩問題，如此不斷循環(huán)，至設(shè)定時間后即可停止。
[0010]所述的速度勢為一個二維矩形液艙在作周期性微幅橫蕩的情況下由控制方程和各邊界條件以及初始條件所唯一確定的時域解。
[0011]所述的速度勢具體計算過程如下:[0012]11)假定艙內(nèi)流體是無粘性、均勻、不可壓縮和無旋的，在全局坐標(biāo)系中，艙內(nèi)液體的流動速度勢的求解是一個混合初邊值問題，其中控制方程為拉普拉斯方程，邊界條件為自由面的動力學(xué)條件和運動學(xué)條件以及液艙壁不可穿透條件，初始條件為液面靜止；
[0013]12)將上述方程在全局坐標(biāo)中的表達轉(zhuǎn)換至隨體坐標(biāo)系中；
[0014]13)將速度勢分解后代入定解條件中，從而得到艙內(nèi)液體非線性晃蕩的定解條件在隨體坐標(biāo)系中的表達形式；
[0015]14)利用該定解條件可以求得艙內(nèi)液體晃蕩的速度勢:應(yīng)用面元法對速度勢進行求解，每一個單元坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系由一個雅可比矩陣完成，將每個單元內(nèi)的變量方程及雅克比矩陣代入邊界積分方程，取各個節(jié)點處的速度勢進行方程組的建立并求解，可以得到各節(jié)點速度勢。
[0016]所述的艙壁的壓力計算如下:
[0017]通過引入加速度勢，建立關(guān)于
【權(quán)利要求】
1.一種考慮液艙晃蕩影響的FLNG運動預(yù)報方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)基于勢流理論和面元法，在時域內(nèi)對艙內(nèi)液體的非線性晃蕩進行描述，求得艙內(nèi)液體晃蕩的速度勢，和晃蕩所引起的液體對艙壁的壓力； 2)將步驟I)得到的壓力作為船體運動方程式右端的外力輸入并考慮外部波浪力的影響，計算船體的運動響應(yīng)，求得船體的位置，同時進行自由液面的更新； 3)將得到的當(dāng)前時刻船體位置和更新后的自由液面作為艙內(nèi)液體晃蕩問題的邊界條件，從而求得下一時刻艙內(nèi)液體的晃蕩問題，如此不斷循環(huán)，至設(shè)定時間后即可停止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮液艙晃蕩影響的FLNG運動預(yù)報方法，其特征在于，所述的速度勢為一個二維矩形液艙在作周期性微幅橫蕩的情況下由控制方程和各邊界條件以及初始條件所唯一確定的時域解。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種考慮液艙晃蕩影響的FLNG運動預(yù)報方法，其特征在于，所述的速度勢具體計算過程如下: 11)假定艙內(nèi)流體是無粘性、均勻、不可壓縮和無旋的，在全局坐標(biāo)系中，艙內(nèi)液體的流動速度勢的求解是一個混合初邊值問題，其中控制方程為拉普拉斯方程，邊界條件為自由面的動力學(xué)條件和運動學(xué)條件以及液艙壁不可穿透條件，初始條件為液面靜止； 12)將上述方程在全局坐標(biāo)中的表達轉(zhuǎn)換至隨體坐標(biāo)系中； 13)將速度勢分解后 代 入定解條件中，從而得到艙內(nèi)液體非線性晃蕩的定解條件在隨體坐標(biāo)系中的表達形式； 14)利用該定解條件可以求得艙內(nèi)液體晃蕩的速度勢:應(yīng)用面元法對速度勢進行求解，每一個單元坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系由一個雅可比矩陣完成，將每個單元內(nèi)的變量方程及雅克比矩陣代入邊界積分方程，取各個節(jié)點處的速度勢進行方程組的建立并求解，可以得到各節(jié)點速度勢。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮液艙晃蕩影響的FLNG運動預(yù)報方法，其特征在于，所述的艙壁的壓力計算如下: 通過引入加速度勢，建立關(guān)于#的邊值問題并求解，并求出流體對艙壁的壓力，其中I?


dt為局部坐標(biāo)系下艙內(nèi)流體速度勢。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種考慮液艙晃蕩影響的FLNG運動預(yù)報方法，其特征在于，所述的艙壁的壓力計算詳細過程如下: 通過以下方程，求得當(dāng)前時刻的壓力:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種考慮液艙晃蕩影響的FLNG運動預(yù)報方法，其特征在于，所述的船體運動方程式具體如下:

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種考慮液艙晃蕩影響的FLNG運動預(yù)報方法，其特征在于，所述的自由液面的更新具體為: 根據(jù)半拉格朗日方法更新邊界節(jié)點的位置及節(jié)點上的變量值:假定自由面上的節(jié)點僅做垂向運動，則可以得到節(jié)點的速度矢量、自由面上變量的全導(dǎo)數(shù)，從而得到自由面上速度勢的全導(dǎo)數(shù)和進行自由液面、速度勢更新的方程:
【文檔編號】G06F17/50GK103984793SQ201410108093
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】胡志強, 楊建民, 趙文華, 王舒雅 申請人:上海交通大學(xué)