| 典型贮箱内液体晃荡问题的SPH数值模拟 |
| 英文题名 | Numerical Simulation of Liquid Sloshing in Typical Tanks Using SPH Method
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| 周冉
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| 导师 | 刘谋斌
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| 2014
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| 学位授予单位 | 中国科学院研究生院
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| 学位授予地点 | 北京
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| 学位类别 | 硕士
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| 学位专业 | 工程力学
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| 摘要 | 载液容器广泛使用于船舶、航天航空及路面运输等工程领域。载液容器内承载的液体在外界激励下可能展示出各种运动形态，涉及自由液面的剧烈变形与破碎，并与载液容器耦合作用，导致固体结构在大水动力载荷作用下的运动、变形甚至破坏。作为一类非常复杂的运动现象，液体晃荡问题是工程流体力学领域一个基础性与前沿性的研究课题，具有极其重要的科学意义和工程应用价值。 光滑粒子动力学（smoothed particle hydrodynamics，SPH）方法是一种拉格朗日型无网格粒子方法，兼具欧拉方法与拉格朗日方法的优势，在模拟带自由表面的液体晃荡问题中，可以有效捕捉液面的位置和运动，方便处理大变形问题。有鉴于此，本文的研究工作主要集中在应用改进的SPH方法对几种典型形状贮箱内的液体晃荡问题进行数值模拟，研究和分析液体晃荡问题所涉及的机理和规律。 在计算方法上，本文采用密度修正和核梯度修正改进以提高传统SPH方法粒子近似精度，应用改进的耦合动力学边界法对固壁边界进行处理，并通过引入人工粘性有效抑制了数值振荡，成功将改进的SPH方法应用于不同激励形式、不同液舱结构的液体晃荡问题。 在应用方面，主要包括以下工作： 1）对矩形贮箱在水平余弦激励作用下的液体晃荡问题进行了数值模拟与分析，计算结果与实验结果、VOF结果对比吻合良好，验证了SPH方法模拟液体晃荡问题的有效性。进一步研究了载液深度、激励频率等参数对晃荡特性的影响，并对三维矩形贮箱液体晃荡问题进行了模拟与分析。 2）对矩形贮箱在平动加速度随机激励作用下的液体晃荡问题进行了数值计算，计算结果与试验结果、文献中CFD结果对比吻合较好，模拟出自由液面随贮箱加速度变化从静止到大幅晃荡的过程中典型的晃荡现象及对箱壁冲击压力的变化过程。通过对有无阻尼板两种工况进行模拟研究，重点分析了阻尼板对晃荡特性的影响。 3）对于棱形液舱在外加横摇正弦激励作用下，不同充液比、激励频率工况下的液体晃荡行为进行了模拟分析，计算结果与实验结果对比吻合良好，模拟出液体大幅非线性晃荡产生的翻卷、破碎等现象。通过改变舱体结构，计算分析了隔板对液体晃荡特性的影响。最后对三维棱形液舱液体晃荡问题进行数值模拟，研究了晃荡问题的三维效应。 |
| 索取号 | 31122
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| 语种 | 中文
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| 文献类型 | 学位论文
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| 条目标识符 | http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/48936
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| 专题 | 流固耦合系统力学重点实验室
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推荐引用方式
GB/T 7714 |
周冉. 典型贮箱内液体晃荡问题的SPH数值模拟[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2014.
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