首页/文章/ 详情

CFD|液舱晃荡及地震作用下的FSI分析

MIDAS官方

3月前浏览2260

晃荡分析

参考文献

尤一.不同冰区等级下LNG船碰撞引起的液舱晃荡载荷特性研究[D].哈尔滨工程大学,2019.

结果比对

多相流

多相流的概念：

“相”指不同物态或同一物态的不同物理性质或力学状态。一般分为固态、液态和气态；

两相或多相流动必须满足的条件：必须存在相的界面；相界面必须是运动的。

多相流常见于各种形态的两相流：

①气-液两相流，如：泄水建筑中的自由液面追踪、气泡流等；

②气-固两相流，如气流输送(喷吹)粉料，含尘埃的大气流动等

③液-固两相流，如天然河道中的含沙水流等。

midasNFX中针对气液两相流、液液两相流、离散相形式的固液两相流以及几种流态组合的三相流等分析提供了三种实现策略，分别是针对多相流形式的VOF法和水平集法，以及针对离散相形式的颗粒分析法。

VOF法：

属于欧拉框架下的界面捕捉方法，利用体积积分函数α划分流场中的两相界面，表示单个网格中的液体体积与该网格中总体积的比值。根据相分数可以得到界面上的单位法向量和曲率以及计算域中的密度和粘度，需要在计算完进行界面重构。

优点：质量守恒；缺点：依赖网格细化，复杂尖锐面处理不够理想。

VOF法的应用范围：

分层流、活塞流、灌注、晃动、液体中的大气泡流动。

VOF法的局限性：

所有控制容积必须充满单一流体相或者相的联合，VOF法中不允许待求流体域中没有任何流体的存在。

水平集法：

midas NFX CFD 提供了一种overlapping domain decomposition level set（ODDLS）技术

水平集法属于欧拉框架下的界面捕捉方法，这种方法是将运动界面定义为一个函数的零等值线或等值面，然后直接求解界面运动方程。每一个时间步都要重新初始化LS方程，这些初始化的过程中总伴随着界面位置的移动，会造成质量损失，导致质量不守恒。采用的是光滑的距离函数来捕捉相界面。

优点：复杂界面处理能力强。缺点：质量不守恒，计算时间较VOF法长。

水平集法的应用范围：

分层流、晃动、液体中的大气泡流动、溃坝时的水流、船舶动力学中的水面扰流、大变形自由液面、三相流。

水平集法的局限性：

所有控制容积必须充满单一流体相或者相的联合，水平集法中不允许待求流体域中没有任何流体的存在。

粒子分析法

用以解释离散相中的粒子运动及其浓度分析，每个粒子都有自己的速度，并且在每个时间步长中都会以速度移动位置。在移动过程中，可能会发生物体与粒子之间的碰撞，并且可以考虑物体的表面粗糙度，应用各种碰撞条件

粒子运动的两个阶段：第一个阶段是移动阶段，意思是粒子以各自的速度移动的过程。第二个阶段是碰撞阶段，意味着粒子碰撞或与流体发生作用而导致速度变化的过程。

粒子分析法的应用范围：

体积率小于10%的气泡、液滴和粒子的负载流动、输运流、颗粒悬浮、气泡柱、流化床以及旋风分离器等。

粒子分析法的局限性：

当颗粒浓度过大且颗粒之间作用明显时，例如泥石流、溃坝泥沙堆积等不适宜采用颗粒分析；

不能与网格变形同时使用；

可与其他高级模块同时使用。

LNG罐体运输过程晃荡分析

LNG(Liquefied Natural Gas)是天然气在常压(或低压)下冷却至-162℃，凝结而成的液体。LNG作为一种新型的清洁、高效能源，一直被世界各国青睐，成为全球增长最迅猛的能源之一。LNG储罐作为储存LNG的重要装置，其安全性、稳定性和耐久性是在设计建造过程中首要考虑的问题.

液化气体在液态状态下的储存密度高，体积小，可以方便的进行远距离的运输和储存。然而，液化气体在运输和储存过程中容易产生晃荡现象，这种晃荡会对液舱的稳定性和安全性造成影响。因此，对液舱晃荡问题的研究是非常重要的。通过数值CFD模拟研究不同的液舱结构参数和操作条件对晃荡的影响，优化设计方案，提高液舱的稳定性和安全性。

材料