Numerical Simulation of Liquid Sloshing in Three- Dimensional Tanks

3차원(次元) 탱크내에서의 액체(液體) 슬로싱의 수치(數値) 해석(解析)

Three-dimensional nonlinear sloshing effects due to tank motions are simulated by solving boundary value problem using the panel method based on boundary integral technique. While Shinkai used boundary elements on which source strengths vary linearly between nodes, the source of constant strength is distributed on each triangular panel in the present study. The source strength at each time step is determined by solving the Fredholm integral equation of the second kind obtained from Green's theorem. To avoid cumulative numerical errors as time elapses, Adam-Bashforth-Moulton method is employed. Numerical examples for the case of partially filled spherical tank on board oscillating in harmonic sway mode or pitch mode are solved. The elevation of the free surface is compared with the result by Shinkai and confirmed in good agreement during early time. The input and the output energy are comparatively evaluated to check the overall accuracy of the present numerical scheme. Although some leakage of energy are found as time marches, it is plausible when we take into account nonlinearities of the problem and the number of panels of the model.

3차원(次元) 탱크내에서의 유체(流體)의 슬로싱 현상(現象)에 관하여 경계적분법(境界積分法)의 패널 방법(方法)을 이용한 경계치(境界値) 문제해법(問題解法)으로 수치계산(數値計算)하였다. Shinkai는 경계요소(境界要素)의 소오스의 세기가 절점(節点) 사이에서 선형변화(線型變化)하도록 계산하였음에 반하여 본 연구에서는 삼각형(三角形)패널마다 일정(一定)한 세기의 소오스를 분포(分布)시켰다. 각(各) 시간(時間)단계에서의 소오스의 세기는 Green 정리(定理)에 의한 제2종(第2種) Fredbolm적분(積分) 방정식(方程式)을 풀어서 구하며, 시간(時間)이 경과함에 따른 수치 계산과 이에 따른 오차(誤差)의 누적을 피하기 위하여 Adam-Bashforth-Moulton 방법(方法)을 이용하였다. 강제조화(强制調和)동요하는 선박의 구형(球形)탱크가 부분적재(部分積載)된 경우에 대하여 수치(數値)계산한 결과, 자유표면(自由表面)의 높이 계산치(計算値)는 Shinkai의 결과와 비교한 바 비교적 적은 시간동안에는 잘 일치하고 있음을 확인하였다. 본 수치 계산방법(方法)의 정도(精度)를 검토하기 위하여 입력(入力) 및 출력(出力) 에너지가 보존(保存)되는지를 확인하여 보았는데, 시간이 경과되면서 약간의 오차가 있지만 문제의 비선형성(非線型性), 모델의 패널수가 작음을 감안할때는 인정할 만한 정확도(正確度)로 판단된다.