隔板水槽之流体三维运动反应分析研究-科技部工程科技推展中心.PDF

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告 隔板水槽之流體三維運動反應分析研究(I) 研究成果報告(精簡版) 計 畫 類 別 ： 個別型 計 畫 編 號 ： NSC 99-2221-E-110-088- 執 行 期 間 ：99年08月01日至 100年07月31日 執 行 單 位 ：國立中山大學海洋環境及工程學系（所） 計 畫 主 持 人 ： 陳邦富 計畫參與人員： 博士後研究：吳智華 報 告 附 件 ： 出席國際會議研究心得報告及發表論文 公 開 資 訊 ： 本計畫可公開查詢 中 華 民 國 100 年 10月 31 日 中文摘要： 移動式液態儲存槽內自由液面的擺盪關聯到很多工程上應用的 問題，例如，高速公路上的油罐車、受到地震作用時，儲油槽 內液體擺盪、遠洋航行的船隻上裝載液態儲存槽、還有飛機或 太空梭上燃料的擺盪等等。本研究的目的是建立一個三維的數 值水槽來研究液體擺盪以及液體與內嵌結構物，例如隔板 （baffle ），之間的交互作用。用已發展的三維時間獨立之有限 差分法來分析計算當隔板水槽受到六個自由度震動時，槽內液 體擺盪的情況。數值水槽之數值模式主要是求解三維的Navier- Storkes 方程式和非線性的自由液面邊界條件以及假設流體為不 可壓縮流體，並轉換慣性座標系統至移動座標系統下來進行運 算。複雜的固-液交界處乃採用一維的虛擬網格法（one dimensional ghost cell approach ）來處理。 為了驗證數值方法的正確性，本模式經過一連串的嚴謹的驗 證，不僅比對文獻上已發表的解析、實驗以及數值的結果，為 了更進一步驗證本模式的精準度，自行建立起實驗設備來加以 比對模擬的結果。所有的比對結果顯示本模式有很好的一致性 跟精準度。 二維液態阻尼水槽(Tuned liquid damper)之研究包含本年研究之 中。對二維隔板水槽(baffled tank) ，隔板垂直鑲嵌在水槽底部中 央，綜合性的討論分析包括隔板的高度對水槽自然共振頻率的 影響、漩渦的發展以及剝離現象。當隔板水槽的震動頻率接近 其第一個自然震動頻率，因為強烈的垂直噴射流所造成的隔板 尖端渦流分離現象發生。生成漩渦的大小和隔板的高度有極密 切的關係。本模式可以進一步發展至研究三維隔板水槽受到六 個自由度之震動液體行為之分析。 英文摘要： Liquid sloshing with unrestrained free surface in a moving container is associated with various engineering problems, such as tankers on highways, liquid oscillations in large storage tanks caused by earthquakes, sloshing of liquid cargo in ocean-going ves