Experiments and analysis of dynamic characteristics of liquid sloshing in horizontal Cassini tank
Houlin Luo1, Wenjun Wu2, Bingchao Jiang3, Shouyi Guo3, Libing Huang3 and Baozeng Yue4
Accepted Manuscript online 23 May 2023 • © 2023 IOP Publishing Ltd
What is an Accepted Manuscript?DOI 10.1088/1402-4896/acd81a
Abstract
In this study, the sloshing behaviors and dynamic characteristics of liquid sloshing in a horizontal Cassini tank were studied. The forces and torques generated by the liquid sloshing in non-equilibrium states were experimentally measured with force transducers which have been mounted on the experiment platform. In small-amplitude rotational and translational nonlinear sloshing cases, the CFD simulations were in good agreement with the experimental data. However, as the dynamic ratio of longitudinal and transversal sloshing force became large, errors occurred and became obvious in CFD simulations. Further experiments on the sloshing forces and torques in the rotating sloshing state were performed.The effects of the magnitude and frequency of the external excitations and the tank-filling ratio son the sloshing characteristics were also studied. The experiments results show that the liquid sloshing in the Cassini tank is highly correlated with the excitation frequency where small variation in the frequency leads to complex changes in the liquid sloshing characteristics. In the cases with low liquid-filling ratio, in resonance state, the rotational sloshing is easier to be excited, however, in the stable-state the amplitudes of longitudinal sloshing force and torque are more significant than those of other sloshing conditions. The transversal sloshing force and torque are very small in both, rotational and translational nonlinear sloshing of small amplitude.
본 연구에서는 수평 카시니 수조에서 액체 슬로싱의 슬로싱 거동과 동적 특성을 연구하였다. 비평형 상태에서 액체 슬로싱에 의해 생성된 힘과 토크는 실험 플랫폼에 장착된 힘 변환기로 실험적으로 측정 되었습니다.
진폭이 작은 회전 및 병진 비선형 슬로싱 사례에서 CFD 시뮬레이션은 실험 데이터와 잘 일치했습니다. 그러나 종방향 슬로싱력과 횡방향 슬로싱력의 동적 비율이 커짐에 따라 오류가 발생하고 CFD 시뮬레이션에서 명백해졌습니다.
회전 슬로싱 상태에서 슬로싱 힘과 토크에 대한 추가 실험이 수행되었습니다. 외부 가진의 크기와 빈도 및 슬로싱 특성에 따른 탱크 충전 비율의 영향도 연구되었습니다.
실험 결과는 카시니 탱크의 액체 슬로싱이 여기 주파수와 높은 상관 관계가 있음을 보여줍니다. 여기 주파수의 작은 변화가 액체 슬로싱 특성의 복잡한 변화로 이어집니다. 액체 충전율이 낮은 경우에는 공진 상태에서 회전 슬로싱이 들기 쉽지만 안정 상태에서는 종방향 슬로싱 힘과 토크의 진폭이 다른 슬로싱 조건보다 더 중요합니다.
횡방향 슬로싱 힘과 토크는 작은 진폭의 회전 및 병진 비선형 슬로싱 모두에서 매우 작습니다.