大型FLNG液舱晃荡和船体耦合运动研究现状及展望*

韩旭亮 谢 彬 朱小松 王俊荣

(1.中海油研究总院 北京 100028；2.中国石油大学(北京) 北京 102249)

大型FLNG液舱晃荡和船体耦合运动研究现状及展望*

韩旭亮1,2谢 彬1朱小松1王俊荣1

(1.中海油研究总院 北京 100028；2.中国石油大学(北京) 北京 102249)

对FLNG应用背景进行了介绍，指出了液舱晃荡和船体耦合运动是FLNG面临的关键问题之一，并分别从围护系统选型、模型试验技术和数值模拟技术方面对液舱晃荡和船体耦合运动研究现状进行了总结分析，探讨了试验技术研究的特点和数值模拟技术的应用范围，并对大型FLNG液舱晃荡和船体耦合运动下一步的研究方向提出了建议。

FLNG；液舱晃荡；耦合运动；围护系统；模型试验；数值模拟

浮式液化天然气生产储卸装置FLNG是一种用于海上天然气田开发的浮式生产装置，通过系泊系统定位于海上，具有开采、处理、液化、储存和装卸天然气的功能，并通过与液化天然气船搭配使用，实现海上天然气田的开采和运输。利用FLNG进行深水气田开发结束了采用管道运输上岸的单一模式，避免了深水铺管的难题，既节约了成本，也为边际气田开发提供了灵活配置、经济有效的方案。随着天然气供应紧张和相关应用技术逐步成熟，FLNG概念的工程化已被众多能源公司所接受，但是目前世界上尚未有FLNG正式投产使用。2011年5月荷兰Shell公司与三星重工及Technip公司签订建造全球第一艘FLNG合同，该Prelude FLNG预计2017年投产，用于澳大利亚西北天然气田。马来西亚国家石油公司分别与大宇造船海洋和三星重工签订建造PFLNG1和PFLNG2合同，计划2016年底和2018年分别用于Kanowit和Rotan气田作业。国内南通惠生重工也在为国外Exmar公司建造年产50万t的驳船型FLNG。中海油研究总院与多家科研院所及高校合作，从“十一五”期间开始以南海某深水气田为目标，针对FLNG装置开展系统研究，并取得阶段性研究成果。同时，我国工业和信息化部在2015年10月30日正式发布的《中国制造2025》重点领域技术线路蓝图中已明确提出将FLNG等新型海洋油气资源开发装备列为重点产品。

虽然FLNG船仍处于设计、建造阶段，但是潜在风险值得分析，须借鉴LNG运输船的典型海损事故对其特有的风险因素进行分析，即液货系统故障分析。液舱内低温液体在船体运动过程中对舱壁结构的冲击作用是导致液体泄漏的重要原因，比较典型的LNG运输船事故有：由于低温液体剧烈冲击液舱，Polar Alaska、Arctic Tokyo和Catalunya Spirit均在液舱的内薄膜或角点多处发生变形或受损，EI Paso公司12.9 万m3的LNG运输船在外界波浪运动频率和舱内低温液体晃荡频率接近时加重了舱内低温液体晃动，造成了舱壁破损液体泄漏。大型FLNG船不能自航，长期停泊外海，无法避免恶劣海况作用，连续生产作业时内部液舱会经历各种装载情况，无法按照LNG运输船的指导规定使舱内液体低于10%或者高于70%，因此，FLNG船的液舱会比LNG运输船更易受到晃荡的影响。FLNG船体运动激励液舱内低温液体产生晃荡，同时液舱内低温液体的晃荡产生的力矩会改变FLNG船体的运动性能，两者相互作用存在耦合关系。不同装载工况的舱内低温液体晃荡可能与FLNG船体运动发生共振响应，从而引起船体剧烈运动并造成较大伤害，降低了船体稳定性，进而引起上部甲板液化装置的失效，极端情况下将引起船体事故。由此可见，液舱晃荡和船体水动力耦合运动的整体水动力特性是保证FLNG装置安全运行的重要问题。

本文围绕大型FLNG液舱晃荡和船体耦合运动这一具体并迫切需要解决的问题，借助于试验技术和数值模拟技术，对液舱晃荡和船体耦合运动问题进行总结分析，以期为我国FLNG船的设计提供理论依据和技术支撑。

1 围护系统选型

围护系统的主要作用是将超低温的LNG与船体结构隔离并实现保冷存储，通过绝热材料保持所装载的LNG处于液态，避免并保护船体结构直接承受低温货物的影响。目前LNG围护系统的主要型式为SPB棱柱型液舱、MOSS独立球型液舱和GTT薄膜型液舱[1]。FLNG装置的围护系统除达到常规LNG运输船的要求外，还应当满足的条件有：FLNG装置需要平整、宽阔、大的甲板面积提供足够的空间来布置生产模块、管系、设备等，还要充分考虑每组模块支墩的数量、支撑位置、船体变形量与结构加强等；货舱装载率不受限制的工况下能抵御恶劣海况下的液舱晃荡冲击载荷；可靠的长寿命设计，可以有效降低停产风险；易于作业现场进行检验和维护。目前对于LNG产能大于100万t/a的FLNG，满足上述特点且技术成熟的围护系统主要有GTT薄膜型液舱和SPB棱型液舱[2]。为了使舱内装载高度不受限制，并降低FLNG装置围护系统受到的液舱晃荡冲击载荷，GTT薄膜型液舱采用双排舱设计。2种FLNG围护系统的横剖面如图1所示。

从图1可以看出，GTT薄膜型货舱的纵向和横向设有双层隔离舱壁，围护系统区域的船体强度较好，且中纵隔离舱壁可为上部模块支墩提供较好的支撑；而SPB型货舱中间无纵舱壁，横向为单层，围护系统区域的船体强度偏弱，且上部模块支墩跨距较大，自身的设计强度要求较高。GTT薄膜型液舱受舱内液体晃荡影响比较严重，船体运动可能会导致舱内剧烈晃荡，从而在舱壁产生非常大的冲击载荷，但双排舱设计可以有效减弱液舱晃荡冲击载荷对围护系统的影响；而SPB型围护系统不存在晃荡问题，不需限制载液率。GTT薄膜型围护系统面临加热系统的限制，而SPB型围护系统过度依赖IHI，绝缘层的安装存在风险。可见，GTT薄膜型围护系统和SPB型围护系统都满足FLNG装置的要求并各有优缺点(表1)。结合建造成本和国内自主建造能力等方面综合考虑，GTT薄膜型围护系统具有较明显的优势。因此，建议FLNG装置采用GTT薄膜型围护系统。

图1 FLNG围护系统的横剖面Fig.1 Transverse section of containment system for FLNG

表1 GTT薄膜型和SPB型货物围护系统对比Table 1 Comparison of containment system between GTT and SPB

2 模型试验技术研究

2.1 液舱晃荡模型试验研究

由于晃荡现象具有较强的非线性，如波浪破碎、波面翻转和气泡效应等，而这些特殊的物理现象对晃荡冲击载荷研究又至关重要，但目前数值模拟技术水平有限。因此，借助模型试验可以真实复原液舱晃荡复杂水动力现象，并对晃荡物理现象和舱内冲击载荷进行深入研究。液舱晃荡模型试验主要通过大吨位运动平台来模拟船体运动。早期的模型试验主要集中于矩形或者球型单自由度规则激励的晃荡试验研究。随着试验技术的不断提高，在室内利用六自由度运动平台模拟船体运动变成了现实。表2给出了目前国内外拥有先进的多自由度运动液舱晃荡试验平台的对比情况，利用这些平台都可以精确实现规则和不规则的单自由度和多自由度耦合运动的模型试验。从2012年开始，多所研究机构参与了一系列矩形标准试验[3-4]，旨在对比分析相同运动激励在不同运动平台下的复现情况，以及六自由度运动平台实现方式和精度对晃荡载荷的影响。

表2 多自由度运动液舱晃荡试验平台对比Table 2 Comparison of multi DOF motion sloshing test platform

如何才能使液舱晃荡模型试验和原型具有较好的相似性，是目前许多学者研究的热点。Bass等[5]通过模型试验分别讨论了流体黏性、液体压缩率、气体压缩率、气穴效应和表面张力等参数对载荷相似性的影响,结果表明影响相似处理的主要影响因素是气体和液体压缩率，而不是流体黏性和表面张力。Yung等[6]通过典型矩形舱晃荡试验给出了冲击载荷、生成时间、冲击速度和加速度、力和力矩等模型和实物的相似准则。Kimmoun等[7]在试验中发现压力变换系数是λ0.5，而不是Yung等[6]认为的λ。多次试验表明，液舱晃荡模型试验除了受Froude系数主导外，还受到其他参数影响，诸如时间和空间对舱内液体晃荡压力的影响、舱内气液密度比的影响以及舱内气液交互作用的影响等都会导致比例尺还原系数不够明确，因此模型试验与全尺度试验结果间的差异还有待今后进一步研究。

由于液舱晃荡小尺度模型试验得到的晃荡载荷存在缩尺比效应，近年来也有相关学者进行了全尺度原型试验。这类试验虽然尺度上与实际液舱相同，且能直观地展现液舱内晃荡的剧烈程度和得到晃荡产生的冲击载荷，但是实船中液舱晃荡是长期时历过程而不是单次的砰击作用，因此全尺度原型试验对液舱运动及真实晃荡过程还不能完全等效模拟，仅能模拟波浪对舱壁的单次砰击过程并测量砰击压力。由Marin和GTT等单位联合进行了全尺度原型试验Sloshed[8]，如图2所示。该试验详细研究了晃荡压力、气穴、波浪飞溅等特性，并对晃荡载荷与弹性结构的流固耦合问题也进行了初步研究。通过这些试验可以发现局部晃荡压强与液体拍击壁面的形式有关，但是它们对墙体的载荷总体相当。

图2 液舱晃荡全尺度原型试验[8]Fig.2 Full scale prototype test of liquid tank sloshing

2.2 液舱晃荡和船体耦合运动试验研究

与常规船舶不同，FLNG船带有载液舱室，在模型试验中无法保证所有的相似准则数都相同，通常保证Froude数相等。许多学者通过模型试验研究液舱晃荡和船体耦合运动问题，并对开发的数值计算方法进行了计算验证。Molin等[9]对带有2个部分充液的矩形液舱的驳船在不规则波作用下的横摇运动进行了模型试验(图3)，重点研究了液舱大幅晃荡运动和不同舱顶(平板和倒角)距舱内液面高度的非线性影响，结果表明：随着海况增加，液舱晃荡非线性效应显著；横摇运动第2个峰值逐渐减小至变平缓，并向低频方向移动，但是舱顶和舱内液面之间的气穴并不因为舱顶撞击数量和强度而有所不同，这说明第2个峰值的降低可能与内部耗散关系不大，更主要是由于舱内液面的非线性特性引起的。但是，这些结论是否适用于其他自由度、液舱形状、浮体形状还需进一步研究。Nam等[10]进行了双液舱FLNG船耦合运动的模型试验，研究了不同装载下液舱晃荡对船体整体运动响应及舱内流体压强的影响(图4)，发现液舱内自由水面非线性对船舶运动响应影响较大，且运动幅值和波浪幅值并非呈线性关系；而舱内液体压力与船型、液舱形状、波浪频率和幅值等有关。中海油研究总院和上海交通大学合作[11]进行了多液舱FLNG船耦合运动的模型试验(图5)，研究了固体和液体多种载况下液舱晃荡和船体耦合运动的响应情况，结果表明液舱晃荡对FLNG船的横荡和横摇运动影响严重，且低液位装载比高液位装载在相同外界激励下更易引起较严重的晃荡响应。该试验也证实了液舱内液面运动幅值和入射波幅呈非线性关系，并提出了在液舱内安装浪高仪测量舱内液面变化的试验技术。

可见，液舱晃荡和船体耦合运动水池模型试验的振动方式由单自由度逐渐趋向于多自由度联合耦合激励，集中研究其非线性问题，但多数研究对象为液舱晃荡和刚性船体的耦合运动，忽略了液舱晃荡对船体结构强度、振动破坏形式等方面的影响。目前试验研究仅局限于模型试验，经济成本过高、不受尺度效应影响的实船试验还未开展。

图3 带液舱驳船横摇运动的模型试验[9]Fig.3 Model test for roll motion of liquid tank barge

图4 双液舱FLNG船耦合运动的模型试验[10]Fig.4 Mdoel test of coupling motion of FLNG with double tanks

图5 多液舱FLNG船耦合运动的模型试验[11]Fig.5 Mdoel test of coupling motion of FLNG with multi-tanks

3 数值模拟技术研究

3.1 液舱晃荡数值模拟研究

液舱晃荡的数值模拟方法大体可分为势流理论方法、CFD (Computational Fluid Dynamics)有网格方法和CFD无网格方法等3种，各方法优缺点见表3。势流理论方法包括基于势流理论的线性解析方法[12]、非线性复合模态方法[13]、非线性边界元方法[14]和非线性有限元方法[15]等，是在流域边界上配置一组奇点，通过配置点上的边界条件求解相应奇点上的未知量封闭方程组，求出流域各点处的速度势和速度。与其他方法相比，势流理论方法的最大特点是计算速度快，求解精度高，但是难以处理流体黏性效应，尽管引入了人工黏性阻尼[16]，仍无法模拟舱内波面发生翻转和破碎等强非线性现象的晃荡问题。CFD有网格方法是基于求解不可压缩Navier-Stokes方程的MAC (Marker-and-cell)[17]、ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian)[18]、VOF (Vloume of Fluid)[19]和Level Set[20]方法等，基于欧拉网格将流场离散可以模拟液舱的剧烈晃荡，但是生成网格困难且耗时，且液舱晃荡的非线性现象模拟受网格影响较大，易因几何大变形而失败。CFD无网格方法包括无网格的SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics)[21]、MLPG (Meshless Local Petrov-Galerkin)[22]和MPS (Moving Particle Semi-implicit)[23]方法等，与前2种方法相比，该方法不依赖网格，适合处理舱内液面发生翻转和破碎等大变形的强非线性问题，但是在计算效率、流场压力预报精度[24]和未确定参数等方面尚需进一步研究。可见，数值模拟技术可以较好模拟液舱晃荡问题，但还不能完全模拟该现象，其精度还有待进一步提高，需要耗费较多的计算时间才能获取较好的数值分析结果。

表3 液舱晃荡数值模拟方法优缺点对比Table 3 Advantages and disadvantages comparison of numerical simulation methods for sloshing

3.2 液舱晃荡和船体耦合运动数值模拟研究

起初有关液舱晃荡和船体耦合运动的研究较多是基于频域势流理论进行数值模拟[25-26]，频域理论的前提条件是液舱晃荡的波动频率与外界波浪的激励频率相同。但是研究发现，液舱晃荡并非是外界单频激励引起的波动，还包括液舱自身固有频率的振荡，所导致的船体耦合运动并不满足频域理论的单频假设，很可能存在误差[27]。虽然舱内液体会发生剧烈晃荡，但液舱稳定后的运动仍将保持线性运动特征，其运动频率与外界波浪的激励频率相同，液舱内流体晃荡所产生的高频谐波作用力将被系统过滤掉。因此，频域理论适用于液舱晃荡和船体耦合运动的稳态响应分析[28-29]。

外流场船体运动引发舱内液体晃荡，而舱内液体晃荡反过来也会影响船体水动力，两者相互作用严重影响整体水动力性能。非线性液舱晃荡的模拟已经相当耗时，再耦合非线性船体运动后必将大大增加计算负担，所以强非线性剧烈晃荡和船体耦合运动的时域数值模拟是一个挑战，需要选择合适的非线性数值模型进行简化。近年来，许多学者从时域理论角度对液舱晃荡和船体耦合运动非线性问题进行了不同数值模拟方法的研究。表4给出了当前液舱晃荡和船体耦合运动数值模拟方法的研究发展方向。

表4 液舱晃荡和船体耦合运动数值模拟方法的研究方向Table 4 Research direction for numerical simulation of the liquid sloshing and hull coupling Motion

从表4可以看出，液舱晃荡和船体耦合运动数值模拟方法的发展方向大致分为4类。第1类，基于势流理论采用脉冲响应函数(Impulse response function,IRF)的间接时域方法计算船体运动，对于舱内液体基于势流理论采用非线性方法模拟舱内液体未发生翻转或破碎情况的晃荡问题[30-32]，相比CFD方法，其计算效率较高，具有工程使用价值。第2类，基于势流理论采用间接时域方法计算船体运动，对于舱内液体基于CFD采用Fluent[33-34]、OpenFOAM[35-36]或者SPH[37]方法模拟液舱非线性晃荡。前2类中都涉及到IRF方法，即在频域中计算船体本身的水动力系数、稳态水动力及平均漂移力，通过傅里叶变换将频域水动力系数转为时域脉冲响应函数，进而在时域内建立液舱晃荡和船体耦合运动方程。该方法涉及到较多人工参与和高频计算不准确问题，但其计算效率远高于直接时域方法，仍然为分析液舱晃荡和船体耦合运动的实用方法。前2类都集中于研究液舱晃荡的非线性问题，未考虑船体外流场非线性的影响。实际上，在外界激励频率接近液舱晃荡固有频率时，即使外界入射波高较小，也会由于共振导致液舱晃荡和船体产生大幅运动。第3类，基于势流理论采用时域格林函数方法，考虑船体湿表面瞬时变化计算外流场船体运动，对于舱内液体基于势流理论采用非线性方法模拟晃荡[38]。研究发现，液舱晃荡非线性对耦合运动的影响最大，船体湿表面变化非线性影响次之，且非线性水动力对耦合运动稳态响应幅值有较大影响。第4类，在内、外流场都是基于CFD方法模拟液舱晃荡和船体耦合运动[39]，但是计算代价较高，效率较低。

4 研究展望

由于液舱晃荡和船体水动力耦合运动的整体水动力特性是保证FLNG正常安全生产运行的关键问题，因此，今后有必要对以下几方面进行深入研究，以期为研究FLNG液舱晃荡和船体耦合运动的水动力机理提供更可靠的依据。

1) 确定最佳的尺度效应。通过对目前液舱晃荡模型试验结果的研究发现，液舱晃荡模型试验都会满足Froude相似，但是比例尺还原系数不是很明确，还受到诸如时间和空间对舱内晃荡压力的影响、气液密度比的影响以及气液交互作用的影响等，无法获得实际液舱所受的载荷。因此，还需要寻找并开展遵循不同相似原则的模型试验，并对试验结果进行比较分析，以确定最佳的尺度效应，实现模型试验和实尺度试验的最小差异化。

2) 建立满足真实条件的试验。试验能够真实复原展现舱内液体晃荡复杂水动力物理现象，得到舱内液体晃荡产生的冲击载荷。但是一般的试验很难满足真实的FLNG液舱晃荡的要求，只是在尺度上与实际液舱相同，而激励形式和舱内液体运动都与实际情况存在差异，且试验中未能采用真实的LNG进行试验，往往不能满足低温条件。因此，反映FLNG液舱晃荡真实条件的试验还有待今后进一步验证研究。

3) 开展液舱晃荡和船体水弹性响应研究。液舱晃荡和船体耦合运动的振动方式趋于多自由度联合耦合激励，通常仍假设研究对象为刚体，然而大型FLNG属于大尺度海洋结构物，存在相关水弹性问题。船体结构在外界波浪激励作用下会产生变形，需要考虑液舱晃荡和弹性大尺度船体相互之间影响；而且舱内液体晃荡冲击压力也会使得液舱结构发生变形，影响舱内液体的运动情况。这方面工作难度较大，尚处于空白。

4) 建立液舱晃荡和船体耦合运动的理论模型。从液舱晃荡和船体耦合运动数值模拟方法的4类研究方向可以看出，数值模拟方法在该问题中已得到比较广泛的应用，可以较好地模拟和处理液舱晃荡和船体耦合运动问题。但是目前理论模型主要是基于部分非线性理论，数值模拟结果与试验结果存在差异，还不能完全真实地模拟求解该问题，数值分析方法的精度还有待进一步提高。因此，有必要建立液舱剧烈晃荡和船体大幅运动的强非线性理论模型，使得数值模拟更接近实际问题。

5) 提高液舱晃荡和船体耦合运动的数值模拟效率。提高计算效率始终是数值模拟中的重要问题。液舱晃荡和船体耦合运动的机理和特性非常复杂，液舱晃荡的模拟已然相当耗时，再将它和船体水动力相互作用，计算量势必大大增加。因此，还需要简化或者改进相关理论模型，提高液舱晃荡和船体耦合运动的数值模拟效率。

[1] 朱小松，谢彬，喻西崇.LNG/LPG液舱晃荡研究进展综述[J].中国造船，2013,54(1)：229-236.ZHU Xiaosong,XIE Bin,YU Xichong.Research progress of liquid sloshing in LNG/LPG tanks[J].Ship Building of China,2013,54(1):229-236.

[2] 宋吉卫.FLNG总体设计关键技术研究[J].中国造船，2015,56(2)：81-86.SONG Jiwei.Key technology research in FLNG general design[J].Ship Building of China,2015,56(2):81-86.

[3] LOYSEL T,CHOLLET S,GERVAISE E,et al.Results of the first sloshing model test benchmark[R]∥Proceedings of the 22th International Offshore and Polar Engineering Conference.Rhodes,Greece,2012:398-408.

[4] 卫志军，张文首，王安良，等.基于SPH方法的二维矩形舱液体晃荡数值研究[J].大连理工大学学报，2014,54(6)：597-603.WEI Zhijun,ZHANG Wenshou,WANG Anliang,et al.Numerical investigation of liquid sloshing in a 2D rectangular tank based on SPH method[J].Journal of Dalian University of Technology,2014,54(6):597-603.

[5] BASS R L,TRUDELL R W,YOSHIMURA N,et al.Modeling criteria for scaled LNG sloshing experiments[J].Journal of Fluids Engineering,1985,107(2):272-280.

[6] YUNG T W,DING Z,HE H.LNG sloshing:Characteristics and scaling laws[J].International Journal of Offshore and Polar Engineering,2009,19(4):264-270.

[7] KIMMOUN O,RATOUIS A,BROSSET L.Sloshing and scaling:experimental study in a wave canal at two different scales[R]∥Proceedings of the 20th International Offshore and Polar Engineering Conference.Beijing,China,2010:33-43.

[8] KAMINSKI M L,BOGAERT H.Full scale sloshing impact tests[R]∥Proceedings of the 19th International Offshore and Polar Engineering Conference.Osaka,Japan,2009:125-134.

[9] MOLIN B,REMY F.Effect of roof impacts on coupling between wave response and sloshing in tanks of LNG-carriers[C]∥Proceeding of the ASME 27th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering,2008.

[10] NAM B W,KIM Y,KIM D W,et al.Experimental and numerical studies on ship motion responses coupled with sloshing in waves[J].Journal of Ship Research,2009,53(2):68-82.

[11] ZHAO Wenhu,YANG Jianmin,HU Zhiqiang,et al.Experimental investigation of effects of inner-tank sloshing on hydrodynamics of an FLNG system[J].Journal of Hydrodynamics.Ser.B,2012,24(1):107-115.

[12] FALTINSEN O M,TIMOKHA A N.Sloshing[M].Cambridge:Cambridge University Press,2009.

[13] FALTINSEN O M,TIMOKHA A N.Sloshing with marine and land-based applications[C]∥ International Conference on Hydrodynamics,Shanghai,China,2010.

[14] KIM B,SHIN Y.Coupled seakeeping with liquid sloshing in ship tanks[C]∥Proceedings of the ASME 27th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering,2008:247-257.

[15] WU G X,MA Q W,EATOCK T R.Numerical simulation of sloshing waves in a 3D tank based on a finite element method[J].Applied Ocean Research,1998,20(6):335-337.

[16] HUANG Shuo,DUAN Wenyang,MA Qingwei.An approximation to energy dissipation in time domain simulation of sloshing waves based on linear potential theory[J].China Ocean Engineering,2011,25(2):189-200.

[18] 丁峻宏，金允龙，王惠.基于ALE的矿粉货物液化晃荡问题并行数值模拟[J].船舶力学，2015,19(8)：927-933.DING Junhong,JIN Yunlong,WANG Hui.ALE-based parallel numerical simulation for sloshing problem of liquefied ore fines cargo[J].Journal of Ship Mechanics,2015,19(8):927-933.

[19] ZHU R Q,WANG Z D,FANG Z Y.Prediction of pressure induced by large amplitude sloshing in a tank[J].Journal of Ship Mechanics,2004,8(6):71-78.

[20] ZHANG Yuxin,WANG Decheng,HINO,et al.Comparative study of MPS method and level-set method for sloshing flows[J].Journal of Hydrodynamics,2014,26(4):577-585.

[21] ZHENG Xing,DUAN Wenyang,MA Qingwei.Comparison of improved meshless interpolation schemes for SPH method and accuracy analysis[J].Journal of Marine Science and Application,2010,9(3):223-230.

[22] ATLURI S N,ZHU T.A new meshless local Petrov-Ganlerkin (MLPG) approach in computational mechanics [J].Computer Mechanics,1998,22:117-127.

[23] KOSHIZUKA S,OKA Y.Moving particle semi-implicit for fragmentation of incompressible fluid[J].Nuclear Science and Engineering,1996,123:421-434.

[24] ZHENG X,MA Q W,DUAN W Y.Incompressible SPH method based on Rankine source solution for violent water wave simulation [J].Journal of Computational Physics,2014,276:291-314.

[25] NEWMAN J.Effects on vessels with internal tanks[C]∥ Proceedings of the 20th Interactional Workshop on Water Waves and Floating Bodies,Spitsbergen,Norway,2005.

[26] BOOKI K,YUNG S.Coupled seakeeping with liquid sloshing in ship tanks[C]∥Proceedings of the ASME 27th Interactional Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering,2008:165-175.

[27] FALTINSEN O M.A nonlinear theory of sloshing in rectangular tanks[J].Journal of Ship Research,1974,18(4):224-241.

[28] 徐海霞.液舱晃荡对船体运动影响的二维与三维频域线性分析[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2009.XU Haixia.2-D and 3-D analysis of sloshing effect on ship motions in frequency domain[D].Harbin:Harbin Engineering University,2009.

[29] 骆阳，朱仁庆，刘永涛.FPSO与运输船旁靠时液舱晃荡与船舶运动耦合效应分析[J].江苏科技大学学报(自然科学版)，2015,29(4)：307-316.LUO Yang,ZHU Renqing,LIU Yongtao.Analysis of coupling effects of sloshing and ship motion for FPSO and transport ship in side-by-side case[J].Journal of Jiangsu University of Science and Technology(Natural Science Edition),2015,29(4):307-316.

[30] HUANG S,DUAN W Y,ZHU X.Time-domain simulation of tank sloshing pressure and experimental validation[J].Journal of Hydrodynamics.Ser.B,2010,22(5):556-563.

[31] ZHAO W H,YANG J M,HU Z Q,et al.Hydrodynamics of a 2D vessel including internal sloshing flows[J].Ocean Engineering,2014,84:45-53.

[32] GOU Y,KIM Y,KIM T Y.A numerical study on coupling between ship motions and sloshing in frequency and time domain[C]∥Proceedings of the 21th International Offshore and Polar Engineering Conference.Hawaii,USA,2011:158-164.

[33] 文攀.船舶与船舶液舱晃荡耦合运动分析[D].武汉：华中科技大学，2013.WEN Pan.Analysis on coupling effects of ship motion and tank sloshing[D].Wuhan:Huazhong University of Science and Technology,2013.

[34] 操戈，李旭，张咏鸥，等.FPSO液舱晃荡与船舶时域耦合运动数值模拟[J].中国舰船研究，2015,10(1)：88-96.CAO Ge,LI Xu,ZHANG Yongou,et al.Numerical simulation of ship motion coupled with tank sloshing for FPSO[J].Chinese Journal of Ship Research,2015,10(1):88-96.

[35] 李裕龙，朱仁传，缪国平，等.基于OpenFOAM的船舶与液舱流体晃荡在波浪中时域耦合运动的数值模拟[J].船舶力学，2012,16(7)：750-758.LI Yulong,ZHU Renchuan,MIAO Guoping,et al.Simulation of ship motions coupled with tank sloshing in time domain based on OpenFOAM[J].Journal of Ship Mechanics,2012,16(7):750-758.

[36] 姜胜超.波浪作用下船舶运动与液舱内流体晃荡的耦合数值分析[D].大连：大连理工大学，2013.JIANG Shengchao.Numerical simulation on coupled effect between ship motion and liquid sloshing under wave action[D].Dalian:Dalian University of Technology,2013.

[37] 刘玉龙.波浪中浮箱运动与三维液舱晃荡的耦合研究[D].大连：大连理工大学，2014.LIU Yulong.Study on coupling effects of floating box motion and 3D sloshing in waves[D].Dalian:Dalian University of Technology,2014.

[38] 黄硕，段文洋，游亚戈，等.液舱晃荡与船体非线性时域耦合运动计算[J].哈尔滨工程大学学报，2014,35(9)：1045-1052.HUANG Shuo,DUAN Wenyang,YOU Yage,et al.Nonlinear time domain simulation of sloshing and coupled ship motion[J].Journal of Harbin Engineering University,2014,35(9):1045-1052.

[39] MILOVAN P,ZORN T.Simulation of sloshing loads on moving tanks[C]∥Proceedings of the 24th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering.Halkidiki,Greece,2005.

(编辑：吕欢欢)

Status and outlook of research on the coupling motion between liquid sloshing and the hull body of large FLNG

HAN Xuliang1,2XIE Bin1ZHU Xiaosong1WANG Junrong1

(1.CNOOCResearchInstitute,Beijing100028,China; 2.ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China)

Upon the introduction to FLNG application background, it is pointed out that the coupling motion between liquid sloshing and the hull body is one of the most serious problems for FLNG.The research status of the coupling motion between liquid sloshing and the hull body is summarized and analyzed, mainly concerning the selection of containment systems, model tests and numerical simulation technology.The characteristics of the experimental technology and the application of the numerical simulation technology are discussed.Finally, some suggestions are put forward for the directions of future research on the coupling motion.

FLNG; liquid sloshing; coupling motion; containment system; model tests; numerical simulation

*国家自然科学基金“南海恶劣海况下FLNG船体运动与液舱晃荡耦合分析方法研究(编号：51609267)”、“十二五”国家科技重大专项“大型FLNG/FLPG、FDPSO关键技术(编号：2011ZX05026-006)”、中海油研究总院自立课题“深水油气田开发工程技术协同创新(编号：2016-KJZC-013)”部分研究成果。

韩旭亮，男，博士后，2015年毕业于哈尔滨工程大学并获博士学位，现主要从事深水浮式结构物总体性能研究工作。地址：北京市朝阳区太阳宫南街6号院 (邮编：100028)。E-mail：hanxl9@cnooc.com.cn。

1673-1506(2017)01-0116-08

10.11935/j.issn.1673-1506.2017.01.018

韩旭亮,谢彬,朱小松，等.大型FLNG液舱晃荡和船体耦合运动研究现状及展望[J].中国海上油气，2017,29(1)：116-123.

HAN Xuliang,XIE Bin,ZHU Xiaosong,et al.Status and outlook of research on the coupling motion between liquid sloshing and the hull body of large FLNG[J].China Offshore Oil and Gas,2017,29(1):116-123.

TE835

A

2016-05-18 改回日期：2016-07-20