一种带阻尼板的以非牛顿流体为介质的减摇水舱

本技术属于流固耦合与能量耗散，具体是一种带阻尼板的以非牛顿流体为介质的减摇水舱。

背景技术：

1、当船舶在水面上航行时，会受到多种力的影响，包括波浪激励力和兴波阻尼力等，这些力会导致船舶发生垂荡、纵摇、横摇、横荡等运动，从而影响船舶的稳定性。为了减小船舶的摇摆，船舶上通常会安装减摇水舱，这是一种常用的减振装置。根据水舱的控制特点，u型减摇水舱可分为主动式减摇水舱、被动式减摇水舱和可控被动式减摇水舱。其中，主动式和可控被动式减摇水舱结构较为复杂，造价也较高。相比之下，被动式减摇水舱结构简单，效果却更好，是目前常用的减摇水舱。

2、传统的u型减摇水舱以水为介质，减摇原理是利用船舶自身横摇运动产生的能量使水舱中的水流动，流动所产生的力矩会抑制船舶的横摇，但以水为介质的水舱具备有限的减摇性能。研究发现，一些非牛顿流体，如宾汉流体，在晃荡过程中产生的阻力矩具有一定可观性，因此带有阻尼板的以非牛顿流体为介质的被动u型减摇水舱表现出更优秀的减摇性能。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提出一种带阻尼板的以非牛顿流体为介质的减摇水舱，以使水舱表现出更优秀的减摇性能。

2、为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

3、一种带阻尼板的以非牛顿流体为介质的减摇水舱，包括u型水舱壳体、阻尼板和非牛顿流体，所述u型水舱壳体包括底管和底管两端的支管，所述非牛顿流体盛装于所述u型水舱壳体内，非牛顿流体液位高于所述底管顶面，低于所述支管高度的三分之二，所述阻尼板共有两块，分别放置于u型水舱壳体的两个支管内。

4、具体的，所述阻尼板对称布置在所述u型水舱壳体的两个支管内，所述阻尼板距离所述u型水舱壳体底部200mm。

5、具体的，所述非牛顿流体液面距底管底面距离为200mm。

6、具体的，所述u型水舱壳体和阻尼板由结构钢制成。

7、具体的，所述阻尼板尺寸为250×450×50mm。

8、具体的，述非牛顿流体为剪切稀释流体或剪切增稠流体或宾汉流体。

9、进一步地，通过数值模拟计算所述流体进一步确定为剪切增稠流体和宾汉流体；所述剪切增稠流体具有较高的粘度和黏弹性，能够更好地吸收和耗散振动能量，因此在减振方面效果较好。

10、由于宾汉流体的流变特性具有剪切应力的阈值，只有当剪切应力超过该阈值时，流体的黏度才会发生显著变化；这种性质使得宾汉流体对阻尼板的作用力相对较大，因为在阻尼板的振动频率附近，宾汉流体的剪切应力达到了阈值，从而使其黏度显著增加，阻力也随之增加，导致对阻尼板的阻尼作用增强，因此宾汉流体在阻尼板处的能量耗散最多，与阻尼板相互作用的表现最好。

11、上述技术方案中，在初始状态下，u型水舱壳体与非牛顿流体均静止；当u型水舱壳体受到外界激励时，水舱壳体中的非牛顿流体产生受迫运动，与水舱壳体壁及阻尼板相互作用使其相互吸收和耗散能量，起到减振作用。

12、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

13、本装置可以增加流体介质对水舱壳体的对抗力矩，使得水舱减振性能增强，实物模型简易且使用方便。

技术特征：

1.一种带阻尼板的以非牛顿流体为介质的减摇水舱，其特征在于，包括u型水舱壳体（1）、阻尼板（2）和非牛顿流体（3），所述u型水舱壳体（1）包括底管（4）和底管（4）两端的支管（5），所述非牛顿流体（3）盛装于所述u型水舱壳体（1）内，非牛顿流体（3）液位高于所述底管（4）顶面，低于所述支管（5）高度的三分之二，所述阻尼板（2）共有两块，分别放置于u型水舱壳体（1）的两个支管（5）内。

2.根据权利要求1所述的一种带阻尼板的以非牛顿流体为介质的减摇水舱，其特征在于，所述阻尼板（2）对称布置在所述u型水舱壳体（1）的两个支管（5）内，所述阻尼板（2）距离所述u型水舱壳体（1）底部200mm。

3.根据权利要求1所述的一种带阻尼板的以非牛顿流体为介质的减摇水舱，其特征在于，所述非牛顿流体（3）液面距底管（4）底面距离为200mm。

4.根据权利要求1所述的一种带阻尼板的以非牛顿流体为介质的减摇水舱，其特征在于，所述非牛顿流体（3）为剪切稀释流体或剪切增稠流体或宾汉流体。

5.根据权利要求1所述的一种带阻尼板的以非牛顿流体为介质的减摇水舱，其特征在于，所述u型水舱壳体（1）和阻尼板（2）由结构钢制成。

6.根据权利要求1所述的一种带阻尼板的以非牛顿流体为介质的减摇水舱，其特征在于，所述阻尼板（2）尺寸为250×450×50mm。

技术总结
本技术提供了一种带阻尼板的以非牛顿流体为介质的减摇水舱，包括U型水舱壳体、阻尼板和非牛顿流体，所述U型水舱壳体包括底管和底管两端的支管，所述非牛顿流体盛装于所述U型水舱壳体内，非牛顿流体液位高于所述底管顶面，低于所述支管高度的三分之二，所述所述阻尼板共有两块，分别放置于U型水舱壳体的两个支管内。本技术将传统被动U型减摇水舱的水介质替换为在减阻方面有更好性能、可增大对水舱壳体及阻尼板对抗力矩的非牛顿流体介质，并通过CFX流固耦合计算确定最佳介质为宾汉流体或剪切增稠流体，将该装置应用在RORO船、科学考察船及运输船等船只上，可在零航速、低航速下起到很好的减摇效果，为后续减摇水舱设计提供一定参考价值。

技术研发人员：谷丽慧,涂毓伟,徐勋,李柏芝,徐雅茹
受保护的技术使用者：南昌大学
技术研发日：20230731
技术公布日：2024/3/31