International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제7권3호
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pp.580-594
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2015
Liquid sloshing in two-dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) rectangular tanks is simulated by using a level set method based on the finite volume method. In order to examine the effect of natural frequency modes on liquid sloshing, we considered a wide range of frequency ratios ($0.5{\leq}fr{\leq}3.2$). The frequency ratio is defined by the ratio of the excitation frequency to the natural frequency of the fluid, and covers natural frequency modes from 1 to 5. When fr = 1, which corresponds to the first mode of the natural frequency, strong liquid sloshing reveals roof impact, and significant forces are generated by the liquid in the tank. The liquid flows are mainly unidirectional. Thus, the strong bulk motion of the fluid contributes to a higher elevation of the free surface. However, at fr = 2, the sloshing is considerably suppressed, resulting in a calm wave with relatively lower elevation of the free surface, since the waves undergo destructive interference. At fr = 2, the lower peak of the free surface elevation occurs. At higher modes of $fr_3$, $fr_4$, and $fr_5$, the free surface reveals irregular deformation with nonlinear waves in every case. However, the deformation of the free surface becomes weaker at higher natural frequency modes. Finally, 3-D simulations confirm our 2-D results.
This paper proposes a tuned liquid column sloshing damper(TLCSD) and presents experimental results to evaluate its control performance. The proposed damper acts as a tuned liquid column damper(TLCD) and a tuned liquid damper(TLD), respectively, in both principal axes of building structures. Shaking table test was performed to grasp its dynamic characteristics. Testing results showed that under inclined incident excitations, a TLCSD used in this study have dynamic characteristics coupled by both TLCD and TLD.
Liquid fluctuation called sloshing within liquid-storage tank gives rise to the significant effect on the dynamic stability of tank. This liquid sloshing can be effectively suppressed by installing baffles within the tank, and the suppression effect depends strongly on the design parameters of baffle like the baffle configuration. The present study is concerned with the parametric evaluation of the sloshing suppression effect for the CNG-storage tank, a next generation liquefied fuel for vehicles, to the major design parameters of baffle, such as the baffle configuration, the installation angle and height, the hole size of baffle. The coupled FEM-FVM analysis was employed to effectively reflect the interaction between the interior liquid flow and the tank elastic deformation.
A new type bi-directional damper using a tuned liquid column damper(TLCD) and a tuned sloshing damper(TSD) is introduced in this study. Two dampers are usually needed to reduce wind-induced responses of tall buildings since they are along and across wind ones. The proposed damper has the advantage of controlling both responses with one damper. One of objectives of this study is to derive analytical dynamics to investigate coupled effects due to TLCD and TSD. Another objective is to address the effect of coupled control force due to TLCD and TSD on the dynamic characteristic of the damper based on analytical dynamics. Shaking table test is undertaken to experimentally grasp dynamic characteristics of the damper under white noise excitation. Its dynamic characteristic is expressed by the transfer function from the shaking table acceleration to the control force generated from the damper. Finally, its design parameters are identified based on the coupled dynamics, which include the mass ratio of horizontal liquid column to total liquid for a TLCD, the participation factor of the fundamental liquid sloshing for a TSD and damping ratio for both cases.
The interaction between a sloshing liquid damper (SLD) tank and a rectangular pontoon was investigated under the assumption of the linear potential theory. The eigenfunction expansion method was used not only for the sloshing problem in the SLD tank but also for analyzing the motion responses of a rectangular pontoon in waves. If the frictional damping due to the viscosity of the SLD tank was ignored, the effect of the SLD appeared to be an added mass in the coupled equation of motion. The installation of the SLD tank had a greater effect on the roll motion response than the sway and heave motion of the pontoon. One resonance peak for rolling motion showed up in the case of a frozen liquid in the SLD tank. However, if liquid motion in the SLD tank was allowed, two peaks appeared around the first natural frequency of the fluid in the SLD tank. In particular, the peak value located in the low-frequency region had a relatively large value, and the peak frequency located in the high-frequency region moved into the high-frequency region as the depth of the liquid in the tank increased.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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pp.178-183
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2020
A series of experiments covering lowest three natural frequencies of rolling coupled pitching were conducted to investigate liquid sloshing with low liquid depth. The test results show that the most violent liquid sloshing in rolling and pitching is located in the vicinity of the first order natural frequency (f1). When the excitation frequency of rolling and pitching is located between 0.98f1 and 1.113f1, roof-bursting phenomenon of liquid appeared, and the maximum impact pressure is at 1.09f1. When the external excitation frequency is at 1.113f1, the number of sloshing shocks decreases sharply. Furthermore, the space distribution of the impact pressure on the left bulkhead and the top bulkhead was analyzed. It is concluded that with low liquid filling, the impact load is greater near the free surface and the top of tank, and the impact position of the side bulkhead increases with the increasing of the frequency near the resonant frequency.
During the loading/offloading operation of a liquefied natural gas carrier (LNGC) that is moored in a side-by-side configuration with an offshore plant, sloshing that occurs due to the partially filled LNG tank and the interactive effect between the two floating bodies are important factors that affect safety and operability. Therefore, a time-domain software program, called CHARM3D, was developed to consider the interactions between sloshing and the motion of a floating body, as well as the interactions between multiple bodies using the potential-viscous hybrid method. For the simulation of a floating body in the time domain, hydrodynamic coefficients and wave forces were calculated in the frequency domain using the 3D radiation/diffraction panel program based on potential theory. The calculated values were used for the simulation of a floating body in the time domain by convolution integrals. The liquid sloshing in the inner tanks is solved by the 3D-FDM Navier-Stokes solver that includes the consideration of free-surface non-linearity through the SURF scheme. The computed sloshing forces and moments were fed into the time integration of the ship's motion, and the updated motion was, in turn, used as the excitation force for liquid sloshing, which is repeated for the ensuing time steps. For comparison, a sloshing motion coupled analysis program based on linear potential theory in the frequency domain was developed. The computer programs that were developed were applied to the side-by-side offloading operation between the offshore plant and the LNGC. The frequency-domain results reproduced the coupling effects qualitatively, but, in general, the peaks were over-predicted compared to experimental and time-domain results. The interactive effects between the sloshing liquid and the motion of the vessel can be intensified further in the case of multiple floating bodies.
본 논문은 슬로싱 상태에 놓인 포화 상태 액체수소탱크에서 열 유속 및 BOG(Boil-off gas)의 경향을 다루고 있다. 특히, 액체-기체간의 침투 및 혼합에 의한 열 교환에 관심을 두었다. 먼저, VOF(Volume of fluid)와 Eulerian 기반의 다상 유동모델로 모형 슬로싱 실험을 모사하여 압력을 예측하고 계측된 값과 비교하였다. 자유 수면 및 충격 압력 실험 결과와 해석 결과를 비교하였으며, 유체의 속도 예측에서 정확할 수 있음을 간접적으로 증명하였다. 그리고 2차원의 Type-C 원통형 수소탱크를 대상으로 다상열유동해석을 수행하였다. 이때 포화상태에 놓인 액체 및 기체수소를 가정하고, 해석을 통해 각 상간의 혼합에 의한 열 교환의 수준을 확인하고자 하였다. 단, 상간의 열 교환만을 관심으로 두고 있었으므로 질량전달 및 기화모델은 해석에서 제외하였다. 최종적으로 상의 혼합으로 인해 액체수소로 유입되는 열 유속의 기여도에 대하여 정리하였다. 또한 액체수소로 유입되는 열 유속과 집중 질량 기반의 간이식을 통해 BOG 발생량 및 경향을 예측하고 분석하였다.
The theoretical method is developed to investigate the vibration characteristics of the sloshing and bulging mode for the circular cylindrical storage tank with an annular plate on free surface. The cylindrical tank is filled with an inviscid and incompressible liquid. The liquid domain is limited by a rigid cylindrical surface and a rigid flat bottom. As the effect of free surface waves Is taken into account in the analysis, the bulging and sloshing modes are studied. The solution for the velocity potential of liquid movement is assumed as a suitable harmonic function that satisfies Laplace equation and the relevant boundary conditions. The Rayleigh-Ritz method is used to derive the frequency equation of the cylindrical tank. The effect of Inner-to-outer radius ratio and thickness of annular plate and liquid volume on vibration characteristics of storage tank is studied. The finite element analysis is performed to demonstrate the validity of present theoretical method.
Sloshing behavior of liquid within containers represents one of the most fundamental fluid-structure interactions. Liquid in partially filled tanks tends to slosh when subjected to external disturbances. Sloshing is a vicious resonant fluid motion in a moving tank. To understand the effect of baffle positioned at L/3 and 2L/3 location, a shake table experiments was conducted for different fill volumes of aspect ratio 0.163, 0.325 and 0.488. For a fixed amplitude of 7.5 mm, the excitation frequencies are varied between 0.457 Hz to 1.976 Hz. Wave probes have been located at both tank ends to capture the surface elevation. The experimental parameters such as sloshing oscillation and energy dissipation are discussed here. Comparison is done for with baffles and without baffles conditions. For both conditions, the results showed that aspect ratio of 0.163 gives better surface elevation and energy dissipation than obtained for aspect ratio 0.325 and 0.488. Good agreement is observed when numerical analysis is compared with the experiments results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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