[發明專利]基于python和c++模擬LNG船運輸過程中液艙晃蕩的方法

在審

• 申請號: 202310439422.8
• 申請日: 2023-04-21
• 公開（公告）號: CN116522488A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 徐奕藍;王瑾;黃丹
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/25;G06F30/28;G06F17/16;G06T13/80;G06T11/00;G06F119/12;G06F119/14;G06F113/08;G06F111/10
• 代理公司: 南京千語知識產權代理事務所(普通合伙) 32394
• 代理人: 尚于杰

本發明公開了一種基于python和c++模擬LNG船運輸過程中液艙晃蕩的方法，包括：搭建可供用戶輸入數據的交互界面；初始化模塊，建立三維液艙模型；獲取流體初始信息；設置邊界虛粒子；進入迭代循環，更新臨時網格設置，搜索鄰近粒子；更新粒子信息；求出加速度及密度的變化率；更新粒子信息；導出用于后處理的計算數據；返回第二步，直至達到設定的循環次數后，退出循環；讀取粒子信息制作動畫；設置程序中結果圖片顯示的視角參數，得到相同視角的結果圖片集，讀取圖片集合成視頻并保存。本發明方便快捷，用戶只需在交互界面輸入相關信息，就可以輸出液面高度、液體壓強等數據，直觀地觀察液體晃蕩形態，簡明扼要，便于操作。

技術領域

本發明屬于船舶工程技術領域，具體涉及一種基于python和c++語言模擬LNG船運輸過程中液艙晃蕩的方法。

背景技術

進口天然氣主要為海上運輸，在運輸過程中，往往需要特定的液化天然氣(LNG)運輸船，以應對復雜惡劣的海洋環境條件，安全問題不可忽視。在颶風、海浪等情況下，裝載LNG的液艙將會劇烈晃蕩，引起艙內LNG的晃蕩，進而可能導致液艙內壁的破壞。因此，探索LNG的晃蕩問題尤為關鍵。但LNG液艙往往體型較大，裝載LNG進行破壞實驗具有較高的危險性，且需要多次實驗才可能得到可信賴的結果，浪費嚴重。

目前常見的研究液艙晃蕩的方法主要為：

(1)實驗的方法，利用液艙晃蕩試驗裝置進行實驗，將浪高儀、壓力傳感器等裝置在液艙內與計算機相連用并傳輸信息。但諸如此類的原型實驗會造成時間和資源的浪費且具有一定危險性；而模型試驗考慮到材料的物理、力學性能難以滿足相似條件的要求，以及尺寸效應等現象帶來的局限性，同樣難以模擬大規模海上運輸時的環境條件。

(2)用算法模擬，包括有網格的或無網格的模擬方式。但市面上的模擬方法多為抽象的理論，理解并使用較為麻煩。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于python和c++模擬LNG船運輸過程中液艙晃蕩的方法，能夠快速準確擬合并計算出LNG船運輸過程中液艙晃蕩引發的LNG的改變，從而判斷液艙是否會存在發生危險的可能性。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術手段實現：

基于python和c++模擬LNG船運輸過程中液艙晃蕩的方法，包括如下步驟：

S1:利用Pyqt5模塊搭建可供用戶輸入數據的交互界面；

S2:通過交互界面輸入LNG船的設定數據，基于sph無網格化方法建立LNG船三維液艙模型；

S3:獲取LNG船中運輸的液化天然氣流體的初始信息，包括流體的初始密度初速度和液化天然氣粒子間的初始距離Δρ；液化天然氣由若干粒子組成，設定初始時刻液化天然氣為均質流體，則Δρ為常數；

S4:設置邊界虛粒子：具體為，將LNG船三維液艙模型簡化為二維模型，獲取液艙的矩形截面，根據步驟S2中的三維液艙模型的尺寸設置邊界虛粒子間的相對位置，模擬液艙邊界；

S5:更新臨時網格設置，由鏈表搜索法搜索鄰近粒子；所述臨時網格設置包括網格的大小、位置及編號，鄰近粒子是指以每個粒子為中心光滑核半徑范圍內的所有其他粒子；

S6:預測并更新粒子的位置信息；具體為，在每一個時間步長開始前，更新粒子位置；

S7:通過動量方程求得各粒子的加速度，并通過連續密度法，求出流體密度的變化率；

S8:校正并再次更新粒子信息：具體為，在每一個時間步長結束時，更新粒子位置、速度和加速度；

S9:導出用于后處理的計算數據，包括位置坐標、速度、加速度和壓力，每個時間步長導出一次；

S10:重復步驟S6-S9，直至達到設定的循環次數后，退出循環；