In ocean industry, free surface type ART (Anti Roll tank) system has been widely used to suppress the roll motion of floating structures. In those, various obstacles have been devised to obtain the sufficient damping and to enhance the controllability of freely rushing water inside the tank. Most of previous researches have paid on the development of simple mathematical formula for coupled ship-ARTs analysis although other numerical and experimental approaches exist. Little attention has been focused on the use of 3D panel method for preliminary design of free surface type ART despite its advantages in computational time and general capacity for hydrodynamic damping estimation. This study aims at developing a potential theory based hydrodynamic code for the analysis of floating structure with baffled ARTs. The sloshing in baffled tanks is modeled through the linear potential theory with FE discretization and it coupled with hydrodynamic equations of floating structures discretized by BEM and FEM, resulting in direct coupled FE-BE formulation. The general capacity of proposed formulation is emphasized through the coupled hydrodynamic analysis of floating structure and sloshing inside baffled ARTs. In addition, the numerical methods for natural sloshing frequency tuning and estimation of hydrodynamic damping ratio of liquid sloshing in baffled tanks undergoing wave exiting loads are developed through the proposed formulation. In numerical examples, effects of natural frequency tuning and baffle ratios on the maximum and significant roll motions are investigated.
The present study investigates the sloshing phenomena in a two-dimensional rectangular tank at a low filling level by using a level set method based on finite volume method. The code validations are performed by comparing between the present results and previous numerical and experimental results, which gives a good agreement. Various excitation frequencies and excitation amplitude of the 30% filling height tank have been considered in order to observe the dependence of the sloshing behavior on the excitation frequency and amplitude. Regardless of excitation amplitude, the maximum value of wall pressure occurs when the excitation frequency reaches the natural frequency. The time sequence of free surface and corresponding streamlines for excitation frequencies have been presented to analysis the variation of wall pressure according to time, which contributes to explain the double peaks in the time variation of wall pressure.
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.
When the liquid tanks only partially filled and under translational acceleration, large quantities of liquid move uncontrollably inside the tanks and generate the liquid sloshing effect. Liquid sloshing effect could be a severe problem in launch vehicle stability and control if the liquid modes of motion couple significantly with the launch vehicle's normal modes of motion. Several methods have been employed to reduce the effect of sloshing, such as introducing baffles inside the tanks or dividing a large tank into a number of smaller ones. These techniques, although helpful in some cases, do not succeed in canceling the sloshing effects. In this paper, An attitude controller is designed for a launch vehicle with liquid sloshing effect. Both PD controller and sloshing filter are designed for the objective. PD gains and design parameters are determined by optimal algorithm. The performance of the attitude controller is evaluated via computer simulations.
Recently in the design of fuel tanks(launch vehicle, ship, automobile) which transport a large amount of liquid in the cargo holds, the structural damage due to liquid-sloshing becomes an important problem. The impact pressure from sloshing is most violent when the liquid motion of a partially filled tank is in resonance with the motion of a system. In this paper, the sloshing natural periods in liquid tanks are estimated for partially filled tanks with various geometries. In addition to, controlled for a launch vehicle with liquid sloshing effect by PD controller and sloshing filter The PD gain and sloshing filter parameter arc determined by optimal algorithm.
멤브레인형 LNG 탱크의 구조적 안전성을 확보하기 위해서는 슬로싱에 의한 작용 압력과 구조응답을 정확히 평가할 수 있어야 한다. 탱크 방열구조에 작용하는 슬로싱 충격하중은 매우 불규칙적이며 이로 인한 구조 응답 역시 유탄성 거동을 포함하는 매우 복잡한 물리 현상이기 때문에 최신의 이론적 실험적 접근 방법을 동원하더라도 정확한 평가가 어렵다. 본 연구에서는 실험이나 수치해석으로부터 얻어진 슬로싱 압력 시계열을 이용하여 탱크 방열 구조의 구조응답을 간편하게 해석할 수 있는 방안을 제안하였다. 이 간이 해석법은 기본적인 삼각형 impulse 형태의 충격 압력에 대한 구조응답을 시간영역에서 과도응답해석법으로 계산한 후, 이렇게 구해진 구조물의 삼각형 응답함수를 조합하여 임의 형상의 압력 시계열에 대한 구조 응답을 구하는 방식이다. 여러 가지 예제 해석을 통하여 제안된 해석법의 타당성을 검토하였고, 이를 이용하여 실제 모형실험에서 얻어진 압력시계열을 바탕으로 구조응답을 계산하고 그 결과를 고찰하였다.
A new state-of-the-art sloshing research equipment has developed to perform the model test of LNG tanks for the safer design of LNG cargo containment system in violent sloshing phenomena. This sloshing test system has developed by the Samsung Ship Model Basin (SSMB) and thoroughly verified. The accuracy of the motion of hexapods equipment for the excitation of a model tank has been verified. The maximum displacement in six degrees of freedom, harmonic motions of various frequencies, and irregular motions in wave conditions are measured and compared with input signals. In order to confirm the reliability of the post-processing program for measured impact pressure, the post-processed results were compared with those of the reference institute. A benchmarking sloshing test using 1/50 scale model of 160K LNGC tank was conducted for the verification of the whole testing system. The partial filing levels were considered. As a result of the experiment, it is confirmed that the results are in good agreement with those of the reference institute.
This paper presents the results of sloshing experiments having different fluids in model tanks with various density ratios. The experimental model consisting water and air at ambient, which has been commonly used, is not consistent in density ratio with that of an actual LNG cargo tank. Therefore, an advanced experimental scheme is developed to consider the same density ratio of LNG and NG by using a mixed gas of sulfur hexafluoride ($SF_6$) and nitrogen ($N_2$). For experimental observation, a two-dimensional model tank of 1/40 scale and a three-dimensional model tank of 1/50 scale have been manufactured and tested at various conditions. Two different fillings with various excitation frequencies under regular motions have been considered for the two-dimensional model tank, and three different filling levels under irregular motions have been imposed for the three-dimensional model tank. The density ratio between gas and liquid varies from the ratio of the ambient air and water to that of the actual LNG cargo container, and the different composition of gas is used for this variation. Based on the present experimental results, it is found that the decrease of sloshing pressure is predicted when the density ratio increases.
Ha, Mun-Keun;Kim, Mun-Sung;Paik, Bu-Keun;Park, Chung-Hum
International Journal of Ocean Engineering and Technology Speciallssue:Selected Papers
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제5권1호
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pp.22-28
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2002
A New concept for the LNG-FPSO ship, with moonpool and bilge step in bottom, is proposed. This concept is investigated with regard to motion reduction and sloshing phenomena of the cargo and operation tanks. The principal dimensions of the ship are $L\timesb B\times D\times t(design)=270.0\times51.0\times32.32\times13.7(m)$, with a total cargo capacity of 161KT; a 98% loading condition is considered for this study. The moonpools and rectangular step at the bilge have been designed for the purpose of decreasing the motion within the tank. For the motion analysis, linearized three-dimensional diffraction theory, with the simplified boundary condition was used. The six-degree of freedom coupled motion responses were calculated for the LNG-FPSO ship. Viscous effects on the roll motion responses of a vessel were taken into account in this calculation program, using an empirical formula suggested by Himeno(1981). The case study for the moonpool size has been conducted using theoretical estimation and the experimental method. For the optimization of the moonpool size and effect of the bilge step, 9 cases of its size, both with and without bilge step, were involved in the study. no motion responses, especially roll motion, for the designed LNG-FPSO ships are much lower than those of other drill ships and shuttle tankers. The limit criterions are satisfied. To check the cargo tank and operation tank sizes, we performed a sloshing analysis in the irregular waves which focuses on the pressure distribution on the tank wall and the time history of pressure and free surface for No.2 and 5 tanks of LNG-FPSO with chamfers. Finally, optimum tank sire was estimated.
This study aims at investigating the effect of the baffle height on the liquid sloshing in the three-dimensional (3D) rectangular tank. In order to simulate the 3D incompressible viscous two-phase flow in the 3D tank with partially filled liquid, the present study has adopted the volume of fluid (VOF) method based on the finite-volume method which has been well verified by comparing with the results of the relevant previous researches. The ratio of the baffle height ($h_B$) to filling level (h) has been changed in the range of $0{\leq}h_B/h{\leq}1.2$ to observe the effect on the impact loads on the side wall and free surface behavior. Generally, as baffle height increases, the impact pressure on the wall decreases and the deformation of free surface becomes weaker. However it seemed that a critical ratio of the baffle height existed to reveal the lowest impact pressure on the wall. Consequently, $h_B/h=0.8$ among $h_B/hs$ considered in the study showed the lowest impact pressure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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