地震波引起的液体储罐壁面的压力分布分析.doc

地震波引起的液体储罐壁面的压力分布分析

摘  要

液体晃动动力学在实际工程结构分析中有广泛的应用，一直以来都是国际上研究的前沿课题之一。在航天结构中，如液体火箭、飞船、航天飞机、单级入轨充液航天器和空间站等，液体晃动的抑制对系统的稳定控制显得非常的重要。此外，在日常生活中，对船舶贮液箱、油罐车中的液体晃动控制以及储油罐的防震等的研究，也有着重要的理论意义和工程应用价值。

液体储罐是石油储运中的重要设施。近年来，我国石油化工业发展迅速，建造了更多、更大的固定式液体储罐。一方面，我国是一个多地震国家，许多液体储罐罐位于地震区；另一方面，我国当前面临一个新的地震活动高潮期，所以液体储罐的抗震研究具有十分迫切而重要的意义。

本文对液体储罐内介质的晃动进行数值模拟，重点考察了冲击力、压强、雷诺数等物理量的变化。结果发现，晃动所产生的最大压强远大于初始最大静压强，流场湍动剧烈。在数值模拟基础上，选择流体体积法作为晃动流场的描述方法，以加速度、充装率、介质密度和罐体容积等变量为参数，拟合出了沿运动方向惯性力作用下介质晃动的情况，得到了自由液面、压强以及剪切应力的变化。

关键词：固定式液体储罐，惯性力加载，液体晃动，应力强度，流体体积法

PRESSURE DISTRIBUTION ANALYSIS OF LIQUID STORAGE TANK WALL CAUSED BY SEISMIC WAVES

ABSTRACT

The dynamics of liquid sloshing have wide application in engineering structure analysis and are the international focus research fields at all times. In some spaceflight equipments, such as, liquid rockets, space shuttles, space stations and so on, the liquid sloshing and controlling research is very important for keeping systems stable. In addition, it is of theoretic significance and applied values of engineering how to control the liquid sloshing of the fluid containers and oil tank trains in our daily life.

  Liquid tanks are important facilities in oil storage and transportation. Recently, with the rapid development of petroleum chemistry industry, more and more liquid tanks have been built. China locates in an area with high-frequency of earthquakes. Furthermore, most of liquid tanks were built in the seismic area. Therefore, it is important to research the seismic response of the liquid tanks.

liquid sloshing was numerically simulated with the emphasis on the changes of impact force，pressure and Reynolds Number．1t was found that the maximum pressure produced by liquid sloshing is much larger than the initial static pressure and severe turbulence in flow field is produced upon sloshing．Based on the numerical simulation, the VOF method has been improved for description of the sloshing fluid field，with acceleration, filling rate, liquid density and tank volume and such variables as the parameters, fit out the liquid sloshing along the movement direction under the action of the inertia force and get the changes of free liquid surface，pressure and shear stress．

Key words：Fixed liquid storage tanks，inertia force，liquid sloshing，stress intensity，vof

目录

中文摘要

ABSTRCT

第一章 绪论 1

1.1课题研究的目的与意义 1

1.2前人的研究成果 1

1.2.1对液体晃动的研究 1

1.2.2对强度的研究 5

1.3研究的内容和难点 6

1.3.1研究内容 6

1.3.2研究方法和技术路线概述 7

1.3.3本课题的难点 7

第二章 基本理论 8

2.1计算流体力学（CFD）概述 8

2.2流体力学的基本理论 8

2.2.1质量守恒方程 9

2.2.2动量守恒方程 9

2.2.3能量守恒方程 10

2.3湍流模型简介 11

2.4液体晃动问题的研究方法 13

2.4.1液体晃动理论 13

2.4.2液体晃动问题常用的数值模拟方法 13

2.4.3 VOF模型 15

2.4.4 UDF 15

2.5 FLUENT软件简介 16

2.6本章小结 17

第三章 固定式液体储罐的数值模拟 18

3.1罐体中液体晃动的数值模拟 18

3.1.1数值模拟的流体模型 18

3.1.2 边界条件 18

3.1.3 网格划分 18

3.1.4流体网格验证 19

3.1.5求解器设置 19

3.2液体晃动计算结果 21

3.2.1液体晃动过程 21

3.2.2液体晃动过程各物理量随时间变化 25

3.3结论 30

3.4本章小结 30

第四章 结论 31

4.1 结论 31

4.2研究工作总结和展望 31

参考文献 32