The natural sloshing frequencies of annular cylindrical TLD are parametrically investigated by experiment, aiming at the exploration of its successful use for suppressing the structural vibration of spar-type floating wind turbine subject to multidirectional wind, wave and current excitations. Five prototypes of annular cylindrical TLD are defined according to the inner and outer radii of acryl container, and eight different liquid fill heights are experimented for each TLD prototype. The apparent masses near the first and second natural sloshing frequencies are parametrically investigated by measuring the apparent mass of interior liquid sloshing to the acceleration excitation. It is observed from the parametric experiments that the first natural sloshing frequency shows the remarkable change with respect to the liquid fill height for each TLD model with different container dimensions. On the other hand, the second natural sloshing frequency is not sensitive to the liquid fill height but to the gap size, for all the TLD models, convincing that the annular cylindrical sloshing damper can effectively suppress the wave- and wind-induced tilting motion of the spar-type floating wind turbine.
In this study, experimental procedures were suggested to investigate the sloshing behavior of a liquid storage tank subjected to inevitably external vibrating conditions. For this purpose. liquid storage tank with rectangular cross section was made of an acrylic resin for the visualization of liquid fluctuation. A specially designed vibrator was used to provide a specified vibrating condition to the liquid storage tank. Extrapolation technique was applied to determine sloshing natural frequency by using various sloshing frequencies at each vibrating displacement and liquid contents at a fixed vibrating frequency. Sloshing mode was also determined from continuous images or liquid fluctuation captured from a video camera. In addition, change in the height of the liquid free surface was measured by using a floating target and a laser displacement sensor. It is found that the suggested method can be applicable to identify the sloshing behavior of liquid storage tank with rectangular cross section.
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.
The oscillation of the fluid caused by external motions is called sloshing, which occurs in moving vehicles with contained fluid masses, such as the oil tankers, railroad cars, aircraft and rockets. Natural frequencies of fluid are much lower than that of solid structures, and the deformation caused by the excitation that is less than 1st natural frequency of fluid is very large. For the reason of that, sloshing characteristics under the ekcitation that is less than the 1st natural frequency must be studied prior to the consideration of natural frequencies of fluid. The experimental devices are constructed to simulate the translation motion. The rectangular tanks are made to study the sloshing characteristics under external excitation. The changes of water height are measured using an analogue camcorder and MPEG board, and those are compared to each other through a standard deviation. From the results of experiments, the sloshing is greatly influenced by the length of the rectangular tank than the width of that under the periodic translational motion in the length direction. The rapid amplification of sloshing by resonance is also confirmed experimentally.
This paper is concerned with the analytical derivation of natural sloshing frequencies of liquid in annular cylindrical tank and its verification by experiment. The whole liquid domain is divided into three simple sub-regions, and the region-wise linearized velocity potentials are derived by the separation of variables. Two sets of matrix equations for solving the natural sloshing frequencies are derived by enforcing the boundary conditions and the continuity conditions at the interfaces between sub-regions. In addition, the natural sloshing frequencies are measured by experiment and the numerical accuracy of the proposed analytical method is verified through the comparison between the analytical and experimental results. It is confirmed that the present analytical method provides the fundamental sloshing frequencies which are in an excellent agreement with the experiment. As well, the effects of the tank radial gap, the bottom flow gap and the liquid fill height on the fundamental sloshing frequency are parametrically investigated.
In this paper, possibility of controlling motion of a floating structure using a tuned liquid damper (TLD) is numerically investigated. A TLD is a tank partially filled with liquid. Sloshing motion of liquid inside a tank is known to suppress movement of the tank subject to external excitations at specific frequency. The effects of sloshing phenomena inside a rectangular floating body on its surge motion are investigated by varying external excitation frequency. First, a grid-refinement study is carried out to ensure validity of grid independent numerical solutions using present numerical techniques. Then, surge motion of the floating body subjected to external wave is simulated for five different excitation frequencies of which the center frequency equals to the natural frequency of internal liquid sloshing. The normalized amplitudes of surge motion of the target floating body are compared according to the excitation frequency, for the cases with and without water inside the floating body. It is shown that the motion of the floating body can be minimized by matching the sloshing natural frequency to the excitation frequency.
Since sloshing effects influences ship motions including floater's natural frequencies. The significant factors changing ship motions are inner liquid impact loads and inertia forces and moments with respect to its filling ratio. This means that changing sloshing loads with sloshing effects reduction device (SERD) may control ship motions. In this regard, conceptual model for adjustable SERD was suggested by authors and then implanted into fully coupled program between vessel motion and sloshing. By changing clearances of baffles in the inner tank which were component of SERD, then the roll RAOs from each case were obtained. It is revealed that using well-controlled SERD can maintain natural frequencies of floater even inner tank has different filling ratio.
In this paper, possibility of controlling motion of a floating structure using a tuned liquid damper (TLD) is numerically investigated. A TLD is a tank partially filled with liquid. Sloshing phenomena of liquid inside a tank can suppress movement of the tank subject to external excitations at specific frequency. The effects of sloshing phenomena inside a rectangular floating body on its sway motion are investigated by varying excitation frequency. First, a grid-refinement study is carried out to ensure validity of grid independent numerical solutions using present numerical techniques. Then, sway motion of the floating body subjected to wave with five different frequencies are simulated. The normalized amplitudes of sway motion of the target floating body are compared over the frequency, for cases with and without water inside the floating body. It is shown that the motion of the floating body can be minimized by matching the sloshing natural frequency to excitation frequency.
The floating offshore wind turbines are usually exposed to the wave and wind excitations which are irregular and undirected. In this paper, the sloshing characteristics of annular cylindrical tank were experimentally investigated to reduce the structural dynamic motion of floating offshore wind turbine which is robust to the irregular change of excitation direction of wind and wave. The formula for the natural sloshing frequencies of this annular cylindrical tank was derived theoretically. In order to validate this formula, the shaking equipment was established and frequency response functions were measured. Two types of tank were considered. The first and second natural sloshing frequencies were investigated according to the depth of the water. It has been observed that between theoretical and experimental results shows a good agreement.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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