0-94233

نشریه مهندسی دریــا سال دهم/ شماره 20/ پاییز و زمستان 1393(1-9)
مطالعه آزمایشگاهی اثر اسلاشینگ بر حرکات یک کشتی حمل مایعات در امواج منظم
فرهود آذرسینا 1*، روزبه پناهی2

١استادیار ،گروه صنایع دریایی ،دانشکده علوم و فنون دریایی، واحد علوم و تحقیقات تهران، دانشگاه آزاد اسلامی؛ [email protected]
2استادیار، دانشکده مهندسی محیط زیست و عمران، دانشگاه تربیت مدرس؛ [email protected]
اطلاعات مقاله

چکیده

چکیده

با توجه به اهمیت روزافزون شناورهاي حمل گاز مایع طبیعی، هزینه بالاي حوادث دریایی و نیز پروژه هاي مرتبط با طراحی و ساخت شناورهاي حمل گاز مایع طبیعی نیاز بیش از پیش به مطالعه پدیده اسلاشینگ مایع درون مخزن این نوع شناورها بوجود آمده است. مقاله حاضر ،بخشی از نتایج آزمایش هاي انجام شده در حوضچه کشش مجهز به موجساز، بر روي مدل یک به 176 یک کشتی حمل مایعات داراي مخزن مستطیلی تحت اثر امواج از روبرو، پشت و پهلو است. این نوع آزمایش اسلاشینگ که مخزن داخل مدل کشتی نصب شده است، در ایران براي اولین بار تجربه شده و در دنیا نیز کم نظیر است .دامنه امواج اثر عمده اي بر دامنه جابجایی قائم( حرکت هیو) شناور دارد. از طرفی، نتایج آزمایش در امواج روبرو نشان می دهد که اسلاشینگ درون مخزن، باعث افزایش دامنه حرکات هیو و پیچ (غلتش طولی) شناور شده است. البته ،در اغلب محدوده هاي فرکانسی ،با افزایش دامنه امواج، اسلاشینگ مایع درون مخزن به صورت یک اثر میراگر بر حرکت هیو شناور عمل می کند. تاریخچه مقاله:
تاریخ دریافت مقاله: 21/12/1392 تاریخ پذیرش مقاله: 23/10/1393 تاریخ انتشار مقاله: 20/12/1393

کلمات کلیدي:
شناورهاي حمل مایعات اسلاشینگ
مطالعه آزمایشگاهی دامنه امواج

Experimental Study of Sloshing Effect on Ship Motions in Regular Waves

Farhood Azarsina1*, Roozbeh Panahi2

1Department of Marine Industries, Faculty of Marine Science and Technology, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran.
2Department of Civil and Environmental Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran.

ARTICLE INFO

ABSTRACT

ARTICLE INFO

ABSTRACT

Article History:
Received: 12 Mar. 2014
Accepted: 13 Jan. 2015
Available online: 11 Mar. 2015 Given the increasing importance of vessels carrying liquefied natural gas (LNG), the high cost of incidents and also projects related to the design and construction of LNG transport vessels requires further investigation of fluid sloshing inside tanks of these vessels. This paper, reports the towing tank, equipped with a wave-maker, test results

Keywords:
Liquid carrying vessels
Sloshing
Experimental study Wave amplitude on a one-to-176 model of a product carrier with a rectangular tank exposed to head seas. This type of sloshing test in which the tank is installed within the ship model is one of a kind. Wave amplitude has a major effect on the amplitude of the vertical displacement (heaving) of the vessel. On the other hand, the test results show that the sloshing water inside the tank increases the range of heave and pitch motions of the vessel. However, in most frequency ranges, with increased wave amplitude, sloshing effect is such as a damper for the heave motion of the vessel.

مقدمه
پیچیدگی معادلات حاکم بر سیال سبب می گردد کـه حتـی نتـایجروشهاي عددي در بسیاري از موارد نیازمند تایید و اعتبار سازي بـهکم ک نت ایج تجرب ی باشند.اسلاش ینگ پدی ده اي اس ت ناش ی از حرکت تناوبی سطح آزاد مایع درون مخزن که موجب ایجـاد نقـاطحداکثر فشار (بارهاي ضربه اي) روي دیواره ها می گردد .در تحلیل متداول از حرکات کشـتی، معمـولاً از اثـر اسلاشـینگ و سـطح آزادمایع درون مخزن کشتی صرفنظر مـی شـود. حـال آنکـه مطالعـاتتجربی و عددي نشان مـی ده نـ د کـه اثـر اسلاشـینگ مـایع درونمخزن بر مانور شناور در حالت مخزن نیمه پراهمیت دارد. از جملـهمهم ترین مطالعات آزمایشگاهی اسلاشینگ می توان به مـوارد زیـراشاره کرد:
اندازه گیري دینامیک اسلاشینگ یک مخزن تعبیـه شـدهدر یک بارج [1].
مطالعه تجربی- آماري بارهاي ضربه اي مـوج اسلاشـینگدر مدل مخزن پوسته اي1[2].
راستی آزمایی نتایج عددي اسلاشـینگ در شـناور حمـلگاز مایع طبیعی بـا اسـتفاده از نتـایج تجربـی روي یـکمقطع دو بعدي از مخزن گاز مایع طبیعی با مقیـاس 1/0 در دو ارتفاع پرشدگی کم و زیاد که طی آزمـایش، فشـارسنج ها2 و ارتفاع سنج ها3 و همچنـین دو دوربـین بـرايثبت پدیده اسلاشینگ استفاده شده اند [3].
بررسی حداکثر فشارهاي بلند مـدت اسلاشـینگ کـه بـرمخزن پوسته اي وارد مـی شـوند بـا در نظـر گـرفتن اثـرارتعاشات ناشی از کوبش شناور4[4].
مطالعه توزیـع فشـار ناشـی از اسلاشـینگ مـایع در یـکمخزن مستطیلی به روش تجربی [5].
شناورهاي حمل گاز مایع طبیعی معمولاً چهار تا پنج مخزن دارنـد.شکل 1 یک شناور حمل گاز مایع طبیعی را با چهـار مخـزن نشـانمی دهد. معمولاً مخزنی که از همه جلوتر است (مخزن شماره 1) از بقیه مخازن کوچکتر است و ممکن است شکل آن قوس دار باشد تا در سینه شناور جا بگیرد. مخازن دیگر معمولاً هـم شـکل بـا سـطحمقطع عرضـی یکسـان هسـتند. در اغلـب مـوارد، مخـزن شـماره 2 بیشترین اسلاشینگ را دارد که نتیجـه انـدازه و فاصـله آن از مرکـزکشتی (مبدا مختصات) می باشد. در آزمایش مـدل و شـبیه سـازيعددي پدیده اسلاشینگ هندسه و موقعیت مخزن داخل شناور باید با حداکثر دقت ممکن ساخته شود.
ارتف اع پرش دگی مخ ازن در تحلی ل اسلاش ینگ در ش ناور حم ل مایعات باید با توجه به راهنماي بارگیریکه توسط طراح شناور تامین شده، انتخاب شود. ارتفاع پرشـدگی معمـولاً بـه صـورت نسـبتی ازارتفاع مخزن H به صـورتH % یـا نسـبتی از طـول مخـزنL بـهصورت L % بیان می شود. لازم به توجه است که ابعاد مخزن انـدازههاي داخلی هستند و اگر از نقشه هاي شـناور بـراي انـدازه گیـريابعاد مخزن استفاده شود، باید ضخامت دیواره ها کـم شـود. ارتفـاعپرشدگی استاندارد5 براي شـناورهاي حمـل گـاز مـایع طبیعـی بـاظرفیت کمتر از 150,000 متر مکعـب عبـارت اسـت از ارتفاعهـايبیشتر از H 70% و کمتر از L 10%؛ همچنین در تحلیل اسلاشینگ برج پمپ6 ارتفاع پرشدگی H ،%80 H ،%70 H ،%10 L 90% و H 95% باید لحاظ شود. درباره برج پمپ و اثر اسلاشینگ آن در ادامـهتوضیحی ارائه خواهد شد. علاوه بر ارتفاع هاي پرشـدگی اسـتانداردمی توان اسلاشینگ در ارتفاع پرشدگی H ،%30 H ،%25 H 40%، H 50% و H 60% را نیز بررسی کرد[6].
آبخور، ارتفاع متاسنتریک و مرکز جرم شناور که پارامترهاي مهمـیدر تحلیل حرکات شناور حمل مایعات در امواج هسـتند، در ارتفـاعپرشدگی هاي مختلف تغییر می کنند. به طور کلی، تحلیل حرکات شناور در امواج در هر ارتفـاع پرشـدگی بایـد بـا توجـه بـه شـرایطبارگیري که در دستورالعمل بارگیري7 توسـط سـازنده شـناور ارائـهشده است انجـام شـود. در ارتفـاع پرشـدگی اسـتاندارد، دو شـرایطبارگیري زیر به نمایندگی ارتفاع پرشدگی کـم و زیـاد معرفـی مـیشوند:
بار پر8 هنگام رسیدن به مقصد: ارتفاع پرشـدگی برابـر یـابیشتر از H 70%.
ش رایط تع ادل9 در هنگ ام رس یدن ب ه مقص د: ارتف اع پرشدگی کمتر یا برابر L10%.
شکل 2 نماي مخزن پوسته اي و اجزاي آن را نشان می دهد .شـرحتفصیلی بارگذاري اسلاشینگ و تحلیل سـازه بـرج پمـپ در مرجـع[7] ارائه شده است.
در مقاله حاضر،مدل یک به 176 یک کشتی فرآورده بر داراي مخزن مستطیلی تحت اثر امواج روبرو، پهلو و پشت ارزیابی گردیده اسـت.در ای ن راس تا و ب ه منظ ور بررس ی اث ر اسلاش ینگ ب ر عملک ردشناورهاي حمل گاز مایع طبیعـی ، نخسـتین بـار در کشـور روشـیبراي اندازه گیري فشارهاي اسلاشینگ در مخزن درون شـناور و نیـزاندازه گیري حرکات هیـو پـیچ شـناور ارائـه و نمونـه سـیگنال هـاي اندازهگیري شده ارائه و تحلیل گردیده اند.
تجهیزات مطالعه فیزیکی در بخش دوم مقاله مـرور گردیـده اسـت.ساخت مدل شناور و آماده سازي آزمایشـگاه در بخـش سـوم مـوردتوجه قرار گرفته و در نهایـت، برخـی از داده هـاي برداشـت شـده،گزارش گردیده و تحلیل گردیده است.

ابزار آزمایش
2-1 حوضچه و موجساز
براي انجام آزمـایش هـاي اسلاشـینگ از حوضـچه کشـش دانشـگاهصنعتی شریف با سیستم کشش ارابه ریلی مجهـز بـه دینـامومتر بـاقابلیت اندازهگیري حرکات هیو و پیچ کشتی اسـتفاده شـده اسـت.طول، عرض و عمق حوضچه به ترتیـب 25، 5/2 و 2/1 متـر بـوده وسرعت کشش از صفر تا 4 متر بر ثانیه قابل تنظیم است.
موجساز مورد اسـتفاده درحوضـچه کشـش از نـوع لـولایی اسـت وقابلیت تولید امواج مـنظم و نـامنظم دوبعـدي بـا فـرم مشـخص را داشته و بدین ترتیب ،امکان مطالعه تأثیر متقابل امـواج و کشـتی رافراهم می آورد. نتایج حاصل از آزمایش هاي عملی و تحلیل درصـدخطاي ایجاد امواج منظم در [8] گزارش شده است. در این مطالعه ،آزم ایش ه ا بـراي موجه ایی ب ا ط ول م وج 50، 70، 90 و 120 سانتیمتر با دامنه هاي متغیر انجام شد. به عنوان نمونه در شـکل 3 تصویري از موج ایجاد شده با طول موج 50 سانتیمتر و دامنه مـوج2 سانتیمتر، در عمـق یـک متـر بـه همـراه دامنـه حرکـت صـفحهموجساز آورده شده است.

228600-1741675

شکل 1 – شناور حمل گاز مایع طبیعی با چهار مخزن[ 6]

3627120-2200021

پمپ

برج

مخزن
LNG

پمپ



قیمت: تومان

دسته بندی : مهندسی دریا و بندر

دیدگاهتان را بنویسید