﻿ 大型LNG动力船液舱晃荡耦合作用下运动响应计算
 舰船科学技术  2024, Vol. 46 Issue (5): 1-5    DOI: 10.3404/j.issn.1672-7649.2024.05.001 PDF

1. 浙江扬帆通用机械制造有限公司，浙江 舟山 316013;
2. 浙江国际海运职业技术学院，浙江 舟山 316021;
3. 武汉理工大学 船海与能源动力工程学院，湖北 武汉 430063;
4. 浙江嘉蓝海洋电子有限公司，浙江 舟山 316021

Calculation of motion response of large LNG powered ship tank under swaying coupling
ZHANG Ji1, LIU Zai-liang2,3, HE Hai-hua1, LIN Yan2, SHAO Han-dong1,2,3
1. Zhejiang Yangfan General-use Machinery Manufacturing Co., Ltd., Zhoushan 316013, China;
2. Zhejiang International Maritime College, Zhoushan 316021, China;
3. School of Naval Architecture, Ocean and Energy Power Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430061, China;
4. Zhejiang Jialan Ocean Electronics Co., Ltd., Zhoushan 316021, China
Abstract: Due to the large amount of LNG loaded by LNG powered ships, the liquid cargo loading tank is huge in volume and weight. Therefore, the influence of liquefied cargo in the tank on hull motion and hydrodynamic power cannot be ignored. Based on the theory of potential flow, this paper studies the hydrodynamic calculation of an LNG powered ship with a type C liquid cargo tank by using three-dimensional method. The ship's motion is calculated and predicted, and the influence of swaying on the ship’s motion response is analyzed and compared.
Key words: LNG powered vessel     sloshing     motion and hydrodynamic
0 引　言

LNG（Liquid Natural Gas）是液化形态的甲烷气体，由于其燃烧除了产生二氧化碳气体以外，产生的污染性气体较少，所以被认为是目前最洁净的化石燃料。在世界范围内，随着配套设备技术的提升，LNG成为目前最为常用的能源之一，广泛用于工业与生活中的供热、发电，为社会带来了大量的热力与动力。随着社会对于生态环境保护意识的提高，LNG的重要性进一步得到提升[1]

 图 1 建造中的C型LNG液罐 Fig. 1 Under construction C-type LNG liquid tanks

 图 2 LNG动力船 Fig. 2 LNG-powered ship

1 三维势流计算基本理论

 ${\phi }_{p}=-\frac{g}{{\omega }^{2}}\dot{{Z}_{0}}。$ (1)

 $\frac{\partial {\phi }_{p}}{\partial t}=-\frac{g}{{\omega }^{2}}i\dot{{Z}_{0}}=g{Z}_{0}。$ (2)

 $p = - \rho g(z - {Z_0}) - \rho \frac{\partial }{{\partial t}}(\phi + {\phi _p}) = - - \rho gz - \rho \frac{{\partial \phi }}{{\partial t}}。$ (3)

2 水动力计算 2.1 计算模型

 图 3 三维几何模型 Fig. 3 3D geometry model

 图 4 网格模型 Fig. 4 Mesh model

 图 5 50%装载时罐内晃荡压力分布示意图 Fig. 5 Schematic diagram of pressure distribution during tank sloshing at 50% load
2.2 运动传递函数 2.2.1 无液舱模型运动传递函数

 图 6 顶浪下垂荡传递函数 Fig. 6 ransfer function for top wave pendulum oscillation

 图 7 横浪下横摇传递函数 Fig. 7 Transfer function for lateral sway in transverse waves

 图 8 顶浪下纵摇传递函数 Fig. 8 Transfer function for pitch motion in top waves
2.2.2 带液舱模型运动传递函数比较

 图 9 横浪下横摇传递函数 Fig. 9 Transfer function for roll motion in beam waves

 图 10 横浪下垂荡传递函数 Fig. 10 Transfer function for heave motion in beam waves

 图 11 横浪下纵摇传递函数 Fig. 11 Transfer function for pitch motion in beam waves
3 结　语

1）液舱晃荡作用对横浪时横摇运动非常明显，与不带自由液面液舱结果相比，在晃荡的作用下横摇运动呈现明显的双峰现象，且横摇的幅值显著下降，且不同的装载率有不同的响应周期与幅值。所以在考虑带有大型LNG液罐船耐波性评估时，需要特别对船体横摇进行分析，在液舱晃荡的作用下会明显改变船体固有的横摇运动特性。

2）与横摇相比，晃荡作用对于船体垂荡与纵摇影响较小，其减小了船体的垂荡运动，30%装载下船体垂荡运动最小，而略微增大了船体的纵摇运动，70%装载下船体纵摇运动比不考虑液罐影响时增加了约12%。

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