3000t級近海油輪液艙晃蕩研究

張干

摘 要：液艙晃蕩是發生于部分充滿液體容器內部的一類波動現象，此類現象于船舶工程應用中普遍存在。而近年來，隨世界經濟的發展，對于油輪運輸需求的增大，遠洋運輸的需求不斷增長，所以在設計中考慮晃蕩載荷就成為了設計油輪的一個必要需求。而油輪在航行過程中一旦出現漏油事故，對于整個海域的生態環境將是毀滅性打擊。針對以上突出問題，本文采用一艘3000t級近海油輪作為研究對象，依據《液艙晃蕩載荷及構件評估指南2014》對液艙參數及晃蕩水平予以分級，計算出船體橫搖周期，縱搖周期以及諧振幅值范圍。完成該油輪水平一晃蕩載荷，水平二晃蕩載荷和水平三晃蕩載荷計算。

關鍵詞：近海油輪;液艙晃蕩載荷;構件尺寸

中圖分類號：U66? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）10-0103-02

1 研究的背景和意義

隨著海洋油氣資源的不斷開采，船舶對于液化天然氣和石油的運輸距離在不斷增加，運輸量也不斷地提高[1]。根據ABS船級社的數據可知，從2005年到2015年，LNG船數量的增長達到了每年5%，而超大液化船（VLGC船）也隨之出現[2]。對于這類大運量的運輸船而言，液艙寬度更寬，深度更深，在航行過程中會發生更為激烈的晃蕩，艙壁及船體結構將在航行過程中不斷受到沖擊壓力的影響[3]。因此，如何保證晃蕩載荷在安全范圍之內，已經成為設計此類船舶的一個重點問題。

2 計算軟件選取

艙內液體的晃動是由船在波浪上的運動激勵所產生的，艙壁上也會同時受到晃蕩所產生的沖擊力，船舶的正常航行也會因此受到影響。Openfoam是一個面向CFD的程序庫，此程序是由C++進行編寫的，它計算的核心是根據有限體積法來解決偏微分方程。由于Openfoam的發放特性，用戶可以利用面向對象的程序以及完善的分層框架來開發新的模型和相應的求解器。對于液艙晃蕩問題的研究，Openfoam可以使用interDyMFoam中的兩相網格求解器來求解VOF中捕捉到的自由液面。動態網格的有效處理在晃蕩問題的研究中是不可缺少的，而 Openfoam 實現了較為多樣化的動態網格的類型，對于晃蕩問題中剛性邊界移動這樣的問題，Openfoam都可以很好地進行處理運算，所有的運動形式都可以被定義，在晃蕩的研究過程中提供了很好的模擬平臺。

3 水平晃蕩載荷計算

如表1所示即3000t級油輪（雙底雙舷）的主要尺寸：

此次研究中我們僅選取水平一和水平三兩種典型狀態進行研究。

水平一準靜態晃蕩載荷是因為液面的變化然后在液艙上產生的壓力。液體的靜水壓力可以由公式P= pgh計算得到，其中h 為距離液面的深度，因此，水平一的載荷可以通過液面的方程得到。

如果是進行縱向的晃蕩運動，此時就要對裝載的總體積V以及零介體積V進行計算。在計算總體積的時候需要考慮艙室的高度、艙室的形狀來進行有效的計算。考慮V與 V臨的大小從而判斷出液面的線性方程和液艙位置的具體交叉點，這里利用等體積法進行計算：

如果晃蕩的運動為橫向運動的時候，所運用到的計算方法和縱向的計算方法相似，這時需要分解總的面積和臨界的面積，這樣就可以得到液面的線性方程和液艙的具體交叉位置，可以簡化，然后利用等面積的方法來計算結果。

再根據此計算結果選取最大橫搖和縱搖下液面所達到的最大壓力進行尺寸評估。艙室參數和有效晃蕩長度和寬度如表2所示：

基于openfoam進行水平三縱向晃蕩運動載荷計算，計算結果如表3.5所示。

因此，橫艙壁水平三縱向運動晃蕩載荷最大值為195.49kPa，內底板水平三縱向運動晃蕩載荷最大值為169.42kPa，甲板水平三縱向運動晃蕩載荷最大值為195.49kPa。

4 總結

本文根據2014年《液艙晃蕩載荷及構件尺寸評估指南》的規定，目標油船后進行了液艙晃蕩計算，并利用openfoam對水平三晃蕩進行了計算，可知改裝后的油船滿足晃蕩的規范要求。

參考文獻：

[1] 錢伯章， 朱建芳. 世界液化石油氣的市場與應用進展[J]. 天然氣與石油 2008，26 （3）

[2] 張曉霞，天然氣應用與節能減排[J]. 河北工程大學學報：社會科2010，27 （001）

[3] 王慶豐， 韓純強， 李永正. LNG運輸船液艙圍護系統安裝平臺強度衡準研究[J]. 江蘇科技大學學報（自然科學版）， 2013， 27（1）：5-9.