[发明专利]考虑液舱晃荡影响的FLNG运动预报方法

权利要求书

1.一种考虑液舱晃荡影响的FLNG运动预报方法，其特征在于，包括以下步骤： 

1)基于势流理论和面元法，在时域内对舱内液体的非线性晃荡进行描述，求得舱内液体晃荡的速度势，和晃荡所引起的液体对舱壁的压力； 

2)将步骤1)得到的压力作为船体运动方程式右端的外力输入并考虑外部波浪力的影响，计算船体的运动响应，求得船体的位置，同时进行自由液面的更新； 

3)将得到的当前时刻船体位置和更新后的自由液面作为舱内液体晃荡问题的边界条件，从而求得下一时刻舱内液体的晃荡问题，如此不断循环，至设定时间后即可停止。 

2.根据权利要求1所述的一种考虑液舱晃荡影响的FLNG运动预报方法，其特征在于，所述的速度势为一个二维矩形液舱在作周期性微幅横荡的情况下由控制方程和各边界条件以及初始条件所唯一确定的时域解。 

3.根据权利要求2所述的一种考虑液舱晃荡影响的FLNG运动预报方法，其特征在于，所述的速度势具体计算过程如下： 

11)假定舱内流体是无粘性、均匀、不可压缩和无旋的，在全局坐标系中，舱内液体的流动速度势的求解是一个混合初边值问题，其中控制方程为拉普拉斯方程，边界条件为自由面的动力学条件和运动学条件以及液舱壁不可穿透条件，初始条件为液面静止； 

12)将上述方程在全局坐标中的表达转换至随体坐标系中； 

13)将速度势分解后代入定解条件中，从而得到舱内液体非线性晃荡的定解条件在随体坐标系中的表达形式； 

14)利用该定解条件可以求得舱内液体晃荡的速度势：应用面元法对速度势进行求解，每一个单元坐标系的转换关系由一个雅可比矩阵完成，将每个单元内的变量方程及雅克比矩阵代入边界积分方程，取各个节点处的速度势进行方程组的建立并求解，可以得到各节点速度势。 

4.根据权利要求1所述的一种考虑液舱晃荡影响的FLNG运动预报方法，其特征在于，所述的舱壁的压力计算如下： 

通过引入加速度势，建立关于的边值问题并求解，并求出流体对舱壁的压力，其中为局部坐标系下舱内流体速度势。 

5.根据权利要求4所述的一种考虑液舱晃荡影响的FLNG运动预报方法，其特征在于，所述的舱壁的压力计算详细过程如下： 

通过以下方程，求得当前时刻的压力： 

p为所求的舱壁压力，ρ为液体密度，为舱内液体速度势，x和z为液体在x和z轴方向上的坐标，u和ω分别代表FLNG船体在x和z轴方向上运动的速度分量，t为时间变量，η为自由面高度，g为重力加速度； 

在上述方程中，除了其余所有参数均在步骤1)的定解问题的求解过程中得到，为了求解该未知项，引入加速度势概念，关于该未知项的边值问题表示为如下公式： 

在流域内； 

在自由液面上； 

在液舱壁面上； 

其中，a_x和a_z分别代表FLNG船体加速度在x和z方向上的分量，为FLNG船体的速度矢量，和分别代表液舱壁面的单位法向量和单位切向量； 

解得以上定解问题后，即可根据压力公式求得流场内的压力分布，沿壁面压力积分，得到舱壁上的压力。 

6.根据权利要求5所述的一种考虑液舱晃荡影响的FLNG运动预报方法，其特征在于，所述的船体运动方程式具体如下： 

其中m_jk,μ_jk和c_jk分别代表浮体的质量、频率无穷大时的附加质量以及静水恢复力系数；k和j代表船体运动模态；ξ_k为船体位移向；F_j(t)代表作用于FLNG船体上的力，包括外部波浪力以及内部液体晃荡引起的作用力；h_jk(t-τ)代表延时函数，表征流体的记忆效应。 

7.根据权利要求6所述的一种考虑液舱晃荡影响的FLNG运动预报方法，其 特征在于，所述的自由液面的更新具体为： 

根据半拉格朗日方法更新边界节点的位置及节点上的变量值：假定自由面上的节点仅做垂向运动，则可以得到节点的速度矢量、自由面上变量的全导数，从而得到自由面上速度势的全导数和进行自由液面、速度势更新的方程： 

为自由面液体速度势，x和z为液体在x和z轴方向上的坐标，u和ω分别代表FLNG船体在x和z轴方向上运动的速度分量，t为时间变量，η为自由面高度，g为重力加速度； 

通过这两个方程对自由液面处的速度势及波面升高进行更新。