[发明专利]一种带多层隔板的圆柱形储罐内流体晃动模型建立方法

说明书

本发明公开了一种带多层隔板的圆柱形储罐内流体晃动模型建立方法，基于流体子域法将复杂流体域划分成若干个具有单一边界条件的子域，根据各子域界面处压力和速度连续条件以及自由液面波动方程，求解得到流体晃动响应的解析解。通过产生与原储罐体系相同的动水剪力和动水弯矩，推导得到流体晃动等效模型中各力学参数的计算公式，包括对流质量和脉冲质量的大小及其位置。通过与精确解和数值解的对比，验证等效动力学模型的正确性。本发明建立的流体晃动等效模型物理概念明确，易于与其他结构体系进行组合，精度高、计算量小，可用于研究不同贮液高度、隔板位置和尺寸等参数对储罐内流体晃动响应的影响。

技术领域

本发明属于结构动力学建模应用技术领域，本发明具体涉及一种带多层隔板的圆柱形储罐内流体晃动模型建立方法，适用于结构工程、近海工程等流-固耦合作用状态。

背景技术

在实际工程中，大型立式储罐中流体的晃动往往会导致罐体结构的破坏和失稳，因此需对储液晃动进行控制，常用的控制方式是在储罐结构内安装环形隔板。

对于储罐-流体-隔板耦合体系动力响应问题，学者们大多利用数值法和试验法进行研究：论文《自由表面处垂直隔板抑制液体晃荡的数值研究》(2013)利用数值模拟方法，讨论了隔板尺寸和位置对流场结构的影响及其减晃作用机理。论文《垂直隔板开孔率对液体晃荡影响的试验》(2022)利用六自由度运动模拟平台，对装有不同开孔率垂直隔板的矩形液舱开展了一系列晃荡试验。但数值法计算量大，不便于参数分析；试验法成本大，模型尺度与实际结构存在差别，试验结果不能完全应用于工程中。

专利权人为淮阴工学院，中国专利申请号CN202110390830.X，介绍了一种加多孔弹性挡板的矩形液罐内液体晃动模型的建立方法。该方法基于二维线性势理论的流体动力学分析方法，利用Laplace方程计算得到流体速度势。根据Green公式匹配特征函数展开法获得罐内流体晃动重要参数的具体解析解。该发明有效解决了带多孔弹性挡板的矩形液罐的动力学问题，但并未提出直观简便的弹簧-质量等效模型来代替罐内连续流体晃动分析，不便于工程应用。

现有的解析法—《基于流体子域法的带环形隔板圆柱形储液系统动力学特性研究》(2013)基于连续流体运动方程，在与其他复杂体系进行组合并求解综合系统动力学问题时，数学推导繁杂，计算量大。因此，建立易于理解、便于工程应用的弹簧-质量模型来代替储罐内连续流体晃动分析是十分必要的。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种带多层隔板的圆柱形储罐内流体晃动模型建立方法。

技术方案：一种带多层隔板的圆柱形储罐内流体晃动模型建立方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：建立惯性坐标系O'x'y'z'和原点位于罐底中心的随体柱坐标系Orθz，根据流体子域划分、自由液面以及隔板高度定义各参数；储罐受到水平方向的激励，沿x方向运动，其位移为u₀(t)，所有隔板均具有相同内半径R₁，R₂是储罐的内半径，M为隔板的数量，隔板分别放置在z＝h₁,h₂,...,h_M，h_M+1和h₀分别为贮液高度和储罐罐底的位置；