张雨新,万德成,日野孝则,mps方法数值模拟液舱晃荡问

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1、DOI:10.16483/j.issn.1005-9865.2014.04.002第32卷第4期海洋工程Vol．32No．42014年7月THEOCEANENGINEEＲINGJul．2014文章编号:1005-9865(2014)04-0024-09MPS方法数值模拟液舱晃荡问题112张雨新，万德成，日野孝则(1．上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室，上海200240;2．横滨国立大学工学府，日本横滨)摘要:基于无网格粒子法MPS方法(movingparticlesemi-implicitmethod)研究了液舱

2、晃荡问题。针对二维矩形液舱晃荡问题进行了数值验证，结果表明MPS方法能够很好地计算晃荡产生的拍击压力。同时将MPS方法应用到带隔板的液舱晃荡问题计算中，分析了二维和三维带隔板液舱晃荡问题。计算结果表明:隔板的存在很大程度地限制了流体的水平运动，隔板附近出现了自由面的翻卷、破碎和融合现象，MPS方法能够很好地模拟这些流动现象。计算得到的波高与实验测得的波高吻合较好，表明MPS方法模拟带隔板的晃荡问题具有一定的可靠性。关键词:液舱晃荡;移动粒子法(MPS);拍击压力;自由面中图分类号:O353文献标识码:AApplicationofMPS

3、methodinliquidsloshing112ZHANGYu-xin，WANDe-cheng，HINOTakanori(1．StateKeyLaboratoryofOceanEngineering，SchoolofNavalArchitecture，OceanandCivilEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China;2．GraduateSchoolofEngineering，YokohamaNationalUniversity，Yokohama，Japa

4、n)Abstract:Inthepresentstudy，MPS(MovingParticleSemi-Implicit)methodisappliedintoliquidsloshingflows．Validationiscarriedoutagainsta2Drectangulartanksubjectedtosurgemotion．Theimpactpressureobtainednumericallyonthetankinducedbyliquidmotionisingoodagreementwithexperimentald

5、ata．Inaddition，sloshinginbaffled2Dand3Dtanksissimulated．Ｒesultsshowthattheexistenceofbafflesignificantlyaffectsthehorizontalmotionofliquid．Complicatedphenomena，suchasoverturning，breakingandcoalescenceoffreesurface，areobsevred．MPSmethodshowsagoodflexibilityindealingwiths

6、uchlargedeformedfreesurfaceflows．Moreover，theagreementbetweencomputedwaveheightandexperimentaldataisgood，suggestingMPSmethodiscapableofcomputingsloshinginbaffledtank．Keywords:sloshing;movingparticlesemi-implicit(MPS);impactpressure;freesurface液舱晃荡是船舶流体力学研究的热点问题，其流动现象十分复

7、杂，常带有自由面的翻卷、融合、破碎和液体的飞溅等现象。晃荡对液舱壁面产生的抨击压力可能会造成结构的破坏，并且影响船舶航行的稳定性。因此，对晃荡载荷的预测是船舶航行安全性评估的重要内容之一。［1-2］早期对晃荡的研究常借助于实验，但实验周期长、费用高，提供的信息有限，且常常存在尺度效应。随着计算机的发展，数值模拟逐渐成为研究晃荡问题的重要手段。早期的数值求解是基于势流理论，如［3］［4］Faltinsen发展了边界元方法(boundaryelementmethod，BEM)用来研究非线性晃荡问题，Wu等基于有限收稿日期:2014-01-

8、06基金项目:国家自然科学基金项目(11072154，51379125);上海高校特聘教授(东方学者)岗位跟踪计划项目(2013022);国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2013CB036103);工信部高技