南海恶劣海况下FLNG船体运动与液舱晃荡耦合分析方法研究

Floating Liquefied Natural Gas (FLNG) is a new development model for deepwater gas field. Sloshing under part load conditions may damage the ship hull and sloshing induced slamming pressures can also let the structures destroyed. This proposal aims at developing a prediction method for the coupling motion global performance of liquid sloshing and hull via theoretical analysis and numerical modelling. The accurate and reliable mathematical model is established for the nonlinear liquid sloshing and hull coupling motion. The stable and efficient simulation method of the liquid sloshing and hull coupling motion will be investigated and proposed in this study. The global motion performance of large FLNG with liquid tanks will be investigated under different loading conditions by the proposed numerical simulation method. In addition, the mechanism of the liquid sloshing and hull coupling motion is explained here.

大型浮式液化天然气生产装置（FLNG）是一种用于深水气田的新型开发模式。液舱部分装载时，舱内液体晃荡与船舶水动力运动性能存在相互作用，剧烈的舱内液体晃荡可能会给船体带来巨大的危害，大幅晃荡引起的砰击压力对船体结构可能造成严重的破坏。本课题以发展FLNG设计中预报舱内液体晃荡和船体耦合运动性能为目标，通过理论分析和数值建模方法，建立非线性液舱晃荡和船体耦合运动的准确可靠数学模型，研究提出液舱晃荡和船体耦合运动的稳定高效模拟方法，并对在中国南海海域不同装载工况下的大型FLNG船体运动与液舱晃荡耦合问题进行计算分析，阐明FLNG船体运动与液舱晃荡的机理。

对于FLNG装置，液舱晃荡是必不可少的研究内容之一，同时也是目前的难点之一。本项目的主要研究内容是针对南海恶劣海况下FLNG船体运动与液舱晃荡问题，运用水动力方法开展数值仿真研究，通过在液舱晃荡运动内外部采用不同的分析数值方法，能够快速的对液舱晃荡荷载进行计算分析。通过数值分析，得到了FLNG液舱的晃荡荷载规律。分析结果表明，对于大多数的载液率下，液舱晃荡最大荷载主要集中0.9倍固有周期附近。晃荡荷载较大的情况只出现在固有周期附近，且纵横摇幅值较大的工况。同时通过耦合分析，得到了液舱晃荡固有周期和船体固有周期对船体运动的影响。可以发现船体固有周期对于船体运动影响最大，液舱晃荡的影响可以引起运动响应的第二峰值。为了减小船体的运动幅度，应该使得船体固有周期远离所在海域的波浪固有周期。同时合理控制液舱的载液率，能够对船体起到减摇的效果。在本项目的研究过程中，构建的波浪运动模拟方法还应用到其他方面的研究中，收到了良好的效果。. 在本项目的资助下，发表论文7篇，其中期刊论文6篇，会议论文1篇，授权发明专利1件，受理发明专利1件。