[發(fā)明專利]考慮液艙晃蕩影響的FLNG運動預(yù)報方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410108093.X
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN103984793B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡志強;楊建民;趙文華;王舒雅
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31225
• 代理人: 趙志遠

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。?

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：?

p為所求的艙壁壓力，ρ為液體密度，為艙內(nèi)液體速度勢，x和z為液體在x和z軸方向上的坐標(biāo)，u和ω分別代表FLNG船體在x和z軸方向上運動的速度分量，t為時間變量，η為自由面高度，g為重力加速度；?

在上述方程中，除了其余所有參數(shù)均在步驟1)的定解問題的求解過程中得到，為了求解該未知項，引入加速度勢概念，關(guān)于該未知項的邊值問題表示為如下公式：?

在流域內(nèi)；?

在自由液面上；?

在液艙壁面上；?

其中，a_x和a_z分別代表FLNG船體加速度在x和z方向上的分量，為FLNG船體的速度矢量，和分別代表液艙壁面的單位法向量和單位切向量；?

解得以上定解問題后，即可根據(jù)壓力公式求得流場內(nèi)的壓力分布，沿壁面壓力積分，得到艙壁上的壓力。?

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：?

其中m_jk,μ_jk和c_jk分別代表浮體的質(zhì)量、頻率無窮大時的附加質(zhì)量以及靜水恢復(fù)力系數(shù)；k和j代表船體運動模態(tài)；ξ_k為船體位移向；F_j(t)代表作用于FLNG船體上的力，包括外部波浪力以及內(nèi)部液體晃蕩引起的作用力；h_jk(t-τ)代表延時函數(shù)，表征流體的記憶效應(yīng)。?

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：?

為自由面液體速度勢，x和z為液體在x和z軸方向上的坐標(biāo)，u和ω分別代表FLNG船體在x和z軸方向上運動的速度分量，t為時間變量，η為自由面高度，g為重力加速度；?

通過這兩個方程對自由液面處的速度勢及波面升高進行更新。?