液艙
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
液艙的視頻教程
基于STAR-CCM+的波物耦合計算操作全流程講解演示
基于STAR-CCM+的波物耦合計算操作全流程講解演示——以系泊式液艙晃蕩數值計算為例 課程內容： 以STAR-CCM+計算流體力學軟件為工具，對波浪環境下的系泊式液艙晃蕩過程進行數值模擬，研究液艙的動力學參數變化以及艙內液體的流場演化問題，期間涉及數值造波，多相流體建模，重疊網格技術，系泊纜設置以及場函數設置等內容，基本涵蓋了海工計算操作完整流程。
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ANSYS Fluent 快速入門視頻2020 - 劉堯
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液艙的實例教程
圖3 VirtualFlow液艙運動及網格細化效果
針對液艙運動，VirtualFlow軟件獨特的浸入表面網格技術（IST）可將幾何表面嵌入到笛卡爾網格中，同時，幾何模型的運動可通過在靜止的計算域網格內定義浸入幾何的運動軌跡來實現，網格不需隨固體幾何運動，因此不需要使用動網格即可定義液艙的運動軌跡。
在求解時，固體的外邊界由符號距離函數Ф = 0來表示，Ф < 0為流場，Ф > 0為固體內部，固體擁有自己的熱物理性質。當固體與液體耦合運動時，隨著固體的移動，距離函數也會不斷的修正。
將VirtualFlow液艙晃蕩計算結果與晃蕩標模實驗進行對比，如圖4，液艙從靜止開始晃蕩，液艙內液體會隨著液艙一起晃蕩，此時液體運動強非線性現象特別突出。
展開 本案例利用Fluent 內置雙向流固耦合FSI對液艙晃蕩仿真展開了計算，提供了一種更為便捷快速的分析方法，對不同楊氏模量的液艙內部構件進行分析，后續可以通過該案例對不同的雙向流固耦合模型展開計算分析。
1 SCDM 設置
1.1 導入幾何
本案例根據相關文獻，建立了對應的液艙幾何模型。H為0.3m，寬度B為0.45 m，液艙靜止自由液面高度h為0.09m(30%H）：柔性構件的厚度b為0.005m,高度hb為0.045m(50%h），柔性構件距液艙左壁x0為0.25 m，液艙的厚度為0.0075m。其中構件底部面命名為wall3，液艙正對部分兩個面為wall-fluid1和2。構件對應的兩個面為wall1和2。構件其余面為int，其余面為wall。
2 Fluent meshing 設置
2.1 網格劃分
根據幾何結構進行對應的網格劃分，交界面與柔性構件處要適當加密。
3 FLUENT 設置
使用fluent內置的雙向流固耦合時不能通過workbench打開fluent！！！
3.1 General設置與網格導入
由于本文考慮了液艙晃蕩，因此必須采用瞬態計算，同時為了更為便捷的進行雙向流固耦合的動網格計算，此處采用重力加速度模擬晃蕩加速度。
3.2 晃蕩加速度設置
位移振幅為0.04m、頻率為0.92Hz。對位移進行多次求導，即可獲得加速度公式，具體公式如下：
詳情可以參考上篇文章Fluent VOF罐體晃動（一）。
3.3 材料設置
由于是對液艙晃蕩問題展開仿真，因此需要采用水和空氣兩種材料，因此需要添加以下材料。
柔性構件則直接選擇默認鋁材料，只需調整楊氏模量即可。
3.4 模型設置
此處需要進一步打開VOF模型。
展開 VLCC液艙晃動仿真的模型方案研究
VLCC液艙晃動仿真的模型方案研究.pdf
2）船體設計技術
FLNG上部處理設施復雜，重量大、重心高，艙內液貨密度小。為滿足總體穩性要求，船體設計及壓載水艙布置更為復雜。
FLNG液貨存儲艙艙內溫度低至-162，由于液艙圍護系統并非絕熱，艙外船體鋼板的環境溫度較低（主膜破損時，局部結構可達到-50），船體中剖面設計難度更大。
FLNG船寬大、上部設施重量大，對船體的總體強度要求更高。
3）液貨存儲技術
目前世界范圍內采用的LNG液艙主要有自支撐型和薄膜型兩處。其中自支撐型包括SPB棱型液艙和Moss球型液艙。
薄膜型液艙主要No.系列液艙和MARK系列液艙。Moss球型液艙易建造、易維護、蒸發率低、不存在晃蕩問題、不受載液率影響，但裝載單位體積貨物所需船體更大、甲板可利用率低；SPB棱型液艙可利用率高、維修方便、蒸發率低、不存在晃蕩問題、不受載液率影響，但造價較高；薄膜型液艙甲板可利用率高、維修方便、蒸發率適中、造價低，但受液艙晃蕩影響較大。
目前運營的LNG運輸船中，薄膜型液艙應用最多。不同于LNG運輸船，FLNG固定在具體海域，液面變化頻繁，液艙晃蕩更為劇烈，晃蕩沖擊荷載更大，容易對液艙造成破壞。在惡劣海域SPB棱型液艙有較大發展空間。
4）外輸卸貨技術
外輸卸貨是FLNG關鍵的技術環節。在開闊海域進行兩船之間的液化天然氣傳輸作業會面臨很大的挑戰，特別是在惡劣的海況條件下，作業更為困難。通常，FLNG船與LNG運輸船采用艉輸或旁靠外輸兩種方式進行卸載。在艉輸中，LNGC的艏部通過系船纜與FLNG船的尾部相連，LNG通過長距離的低溫外輸軟管卸載至LNGC。在旁靠外輸中，LNGC與FLNG船采用并排，兩船 通過系船纜相連，中間布置防碰墊，LNG通過卸載臂卸載至LNGC。
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將VirtualFlow液艙晃蕩計算結果與晃蕩標模實驗進行對比，如圖4，液艙從靜止開始晃蕩，液艙內液體會隨著液艙一起晃蕩，此時液體運動強非線性現象特別突出。
、船舶前行和下沉
船舶航行過程中，液艙的晃蕩現象不僅會降低船舶的穩性，而且會對液艙內壁形成巨大的砰擊，造成結構的局部破壞，導致液體貨載泄露，引起嚴重污染，在嚴重情況下甚至使船舶失穩而發生傾覆；船舶航行、液艙的晃蕩這一類復雜的流動現象，自由表面的處理是解決問題的一個難點。
圖8左展示了該工況下電池冷卻液溫度和乘客艙平均溫度隨時間的變化。可以看到當冷卻液溫度到達50℃后，Chiller開始工作，此時乘客艙的溫度會明顯上升，當冷卻液溫度到達30℃以后，Chiller停止工作，此時乘客艙平均溫度又會迅速下降。從這里可以看到，由于電池包的熱管理與空調系統的相互耦合，導致系統之間聯系更加緊密。
根據規范要求，液艙結構強度的試驗數值應取艙室能形成液面高度的最高值，即需校核至空氣頭高度，遠遠高于壓載艙頂。為監測液艙結構強度液面高度工采網推薦英國SST 液位開關 液位傳感器 Optomax 工業玻璃系列 - LLG系列。
英國SST 液位開關 液位傳感器 Optomax 工業玻璃系列 - LLG系列緊湊型，寬工作溫度和壓力范圍，可選安裝螺紋和端子連接。
由圖可知，該結構主要由液艙前、后壁面、后效靶、水和空氣組成，其中液艙內的水介質厚度為30cm，前壁面和后壁面厚度均為0.4cm，后效靶由3塊厚度均為1cm的等間距間隔鋼板組成，后壁面與后效靶之間為空氣介質。液艙壁面和后效靶均采用45鋼。
由圖可知，該結構主要由液艙前、后壁面、后效靶、水和空氣組成，其中液艙內的水介質厚度為30cm，前壁面和后壁面厚度均為0.4cm，后效靶由3塊厚度均為1cm的等間距間隔鋼板組成，后壁面與后效靶之間為空氣介質。液艙壁面和后效靶均采用45鋼。
3、特別注意事項
酸洗鈍化的前處理：不銹鋼表面如存在油脂等污物，會影響酸洗鈍化的質量，一般應先采用堿性洗滌劑等清洗液艙內壁。
由圖可知，桿流在30μs時以7.6kJ的初始動能侵徹液艙前面板，隨著時間的增加，桿流的動能逐漸衰減，桿流穿透液艙后壁面后的剩余動能為1.7kJ，隨后桿流以1.7kJ的動能對后效靶進行了侵徹，最終在900μs動能衰減為0。對桿流在水介質中的動能衰減曲線進行擬合，可知桿流在水介質中運動其動能近似呈指數形式衰減。
