بررسی نظری، عددی و آزمایشگاهی فرکانس‌ها و میرایی تلاطم در مخازن استوانه‌ای دارای بافل‌های حلقوی و قطاعی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، ایران

2 پژوهشگر، گروه مهندسی هوافضا، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 پژوهشگر، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

توانایی بافل‌ها در افزایش میرایی تلاطم به روش نظری، عددی و آزمایشگاهی در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفته است. بافل‌ها اجزائی هستند که به عنوان جدا‌کننده در مخازن حاوی سیال نصب شده و مشخصات دینامیکی تلاطم را تغییر می‌دهند. هدف این مطالعه، بررسی اثر چیدمان بافل‌ها جهت فراهم آوردن فرکانس‌های مورد نظر و پیشنهاد یک آرایش کاربردی جهت افزایش پایداری مخازن نگهداری سیال می‌باشد. جهت نیل به این هدف یک بستر آزمایشگاهی برای مطالعه رفتار سیال متلاطم و خواص میرایی تلاطم در مخازن استوانه‌ای پرشده تا عمق دلخواه طراحی شده است. نتایج حاصل نشان می‌دهند که چیدمان بافل‌های پیشنهادی اثر بسیار موثری بر میرایی و فرکانس‌های تلاطم داشته و نیاز‌های پیش‌بینی شده طراحی را به شکل مطلوب برآورده می‌سازد. به علاوه در ارتفاع­های نزدیک به کف مخزن، منحنی تئوری پیشبینی می‌کند که فرکانس اساسی تلاطم کاهش پیدا ­کند، در صورتی که فرکانس‌های تجربی نه تنها کاهش پیدا نمی­کنند بلکه روند افزایشی از خود نشان می‌دهند. همچنین نتایج حاصل از روش المان محدود و حجم محدود در محاسبه فرکانس و میرایی تلاطم، از همگرایی بالایی با نتایج تجربی ‌برخوردار می‌باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Ibrahim, R.A., Liquid sloshing dynamics: theory and applications, Cambridge University Press, 2005.
[2] Budiansky B.,  Sloshing of liquids in circular canals and spherical tanks, Journal of the Aerospace Sciences, Vol. 27, No. 3, p. 161, 1960.
[3] Ibrahim R.A., Pilipchuk V., Ikeda T., Recent advances in liquid sloshing dynamics,  2001.
[4] Strandberg, L., lateral stability of road tankers., MAIN REPORT., APPENDICES, Vol. 1, No. 138a, Monograph, 1978.
[5] Evans D., McIver P., Resonant frequencies in a container with a vertical baffle, Journal of Fluid Mechanics, , Vol. 175, No. 1, p. 295, 1987.
[6] Cho J., Lee H., Kim K., Free vibration analysis of baffled liquid-storage tanks by the structural-acoustic finite element formulation, Journal of Sound and Vibration, Vol. 258, No. 5, p. 847, 2002.
[7] Modaressi-Tehrani K., Rakheja S., Stiharu I., Three-dimensional analysis of transient slosh within a partly-filled tank equipped with baffles, Vehicle System Dynamics, , Vol. 45, No. 6, p. 525, 2007.
[8] Firouz‐Abadi R., Haddadpour H., Noorian M., Ghasemi M., A 3D BEM model for liquid sloshing in baffled tanks, International journal for numerical methods in engineering, Vol. 76, No. 9, p. 1419, 2008.
[9] Maleki A., Ziyaeifar M., Sloshing damping in cylindrical liquid storage tanks with baffles, Journal of Sound and Vibration Vol. 311, No. 1-2, p. 372, 2008.
[10] Eswaran M., Saha U., Maity D., Effect of baffles on a partially filled cubic tank: Numerical simulation and experimental validation, Computers & Structures, Vol. 87, No. 3-4, p. 198, 2009.
 [11] Goudarzi, M. Sabbagh-Yazdi, S.  Marx W. , Investigation of sloshing damping in baffled rectangular tanks subjected to the dynamic excitation, Bulletin of Earthquake Engineering, Vol. 8, No. 4, p. 1055, 2010.
[12] Akyıldız H., Ünal N.E., Aksoy H., An experimental investigation of the effects of the ring baffles on liquid sloshing in a rigid cylindrical tank, Ocean Engineering, Vol. 59, No.1, p. 190, 2013.
[13] Hasheminejad S.M., Mohammadi M., Jarrahi M., Liquid sloshing in partly-filled laterally-excited circular tanks equipped with baffles, Journal of Fluids and Structures, Vol. 44, No. 1, p. 97, 2014.
[14] Noorian M., Haddadpour H., Firouz-Abadi R., Investigation of panel flutter under the effect of liquid sloshing, Journal of Aerospace Engineering, Vol. 28, No. 2, p. 401, 2015.
 [15] Ebrahimian M., Noorian M., Haddadpour H., Free vibration sloshing analysis in axisymmetric baffled containers under low-gravity condition, Microgravity Science and Technology, Vol. 27, No. 2, p. 97, 2015.
[16] Xue M.-A., Zheng J., Lin P., Yuan X., Experimental study on vertical baffles of different configurations in suppressing sloshing pressure, Ocean Engineering, Vol. 136, No. 1, p. 178, 2017.
[17] Arora S., Vasudevan S., Analysis of sloshing-induced loads on the fuel tank structure, Gteborg: Chalmers University of Technology (Diploma work-Department of Applied Mechanics, Chalmers University of Technology, Gteborg, Sweden, No: 2017: 77, 2017.
[18] Cho J., Lee S., Song M., Dynamic response characteristics of cylindrical baffled liquid storage tank to the baffle number, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 33, No. 12, p. 5979, 2019.
[19] Wang J., Wang C., Liu J., Sloshing reduction in a pitching circular cylindrical container by multiple rigid annular baffles, Ocean Engineering, Vol. 171, No. 1, p. 241, 2019.
[20] Sun Y., Zhou D., Wang J., An equivalent mechanical model for fluid sloshing in a rigid cylindrical tank equipped with a rigid annular baffle, Applied Mathematical Modelling, Vol. 72, No. 1, p. 569, 2019.
[21] Ebrahimian M., Noorian M., Javadi M., Sloshing Dynamics in 2D Multi-Baffled Containers Under Low-Gravity Conditions, Microgravity Science and Technology, Vol. 35, No. 2, p. 983, 2020.
[22] Zang Q., Liu J., Zhou Y., Lin G., On Investigation of Liquid Sloshing in Cylindrical Tanks With Single and Multiply Connected Domains Using Isogeometric Boundary Element Method, Journal of Pressure Vessel Technology, Vol. 143, No. 2, p. 1, 2020.
[23] Yu L., Xue M.-A., Jiang Z., Experimental investigation of parametric sloshing in a tank with vertical baffles, Ocean Engineering, Vol. 213, No. 1, p. 107783, 2020.
[24] Miles J.W., Ring damping of free surface oscillations in a circular tank, Applied Mechanic, Vol. 25, No. 2, p. 274, 1958.
[25] Bauer H.F., Theory of the fluid oscillations in a circular cylindrical ring tank partially filled with liquid, National Aeronautics and Space Administration, 1960.