液舱内流体晃荡问题是水动力学比较经典的问题之一,一直倍受学术界和工程界的关注。随着LNG和LPG等特种液货船型的研制和广泛应用,液体晃荡问题的研究已经成为船舶水动力学中的一个热门课题。针对于船舶液舱内流体晃荡问题的试验研究日本学者开展得较多,如Katsuya Umemoto和Takao Yoshikawa对不同结构的液舱进行过一系列的实验[1];由于存在强烈的非线性自由面现象,理论研究方面进展并不大,理论研究者也尝试采用了多种理论方法,如边界元法,有限元法,以及近年发展较快的计算流体方法等。有限元法和计算流体方法占用大量的计算机资源,计算速度较慢。应用边界元法求解水动力学问题,可以对研究问题进行降低一维来处理,从而对计算机资源要求相对较低,计算速度快,常被用来模拟计算伴有自由面现象的水动力学问题,如Faltinsen等对没有隔板晃荡问题开展的理论研究并进行了试验验证[2],朱仁传等[3]采用了多区域边界元方法对有隔板的时域晃荡问题进行过研究。实际上载液船舱都装有能渗透的隔板,缪国平等[4, 5]试图对有渗透隔板的液舱内流体晃荡现象进行理论研究,但是采用的方法是线性频域的,并不能很好地描述流体晃荡问题的非线性现象。液舱内的隔板相对较薄,采用边界元方法求解带隔板的液体晃荡问题时,其厚度一般忽略不计,在隔板上布置源点时,会出现有些场点与源点相距太近,给格林函数带来了奇性,也会使数值计算产生误差,虽然Nishino等通过对边界元公式进行特殊处理[6],并且引进了薄板边界元方法,但是该方法处理带有可渗透隔板的情形存在一定的困难。针对以上情况,本文提出了利用多域边界元方法对二维和三维带有可渗透隔板的液舱内流体晃荡的非线性时域问题进行计算模拟,所得结果与已发表论文中算例模拟结果吻合良好。通常,我们认为二维的液舱模型等价于宽度趋向于无穷的三维液舱,因为它忽略了沿宽度方向舱壁对液舱内液体晃动的影响。本文讨论了液舱模型的三维效应,为其他学者提供了理论参考。另外,我们模拟了不同宽度,隔板高度和渗透率的液舱模型的晃动现象并且讨论了他们对液舱晃动固有频率的影响。该方法可以进一步应用于载液船舱、减摇水舱等设置不同渗透率隔板的水动力问题的分析,在船舶的减摇、减振等工程应用方面也具有重要意义。另外本文对液舱内的晃荡和船舶之间的耦合运动也做了初步的探讨。液舱内液体的晃荡由船舶运动的激励而产生,反过来由于液体晃荡对舱壁的冲击产生的力又影响到船舶的运动,因此考虑液舱晃荡和船舶运动的耦合作用在船舶设计或者运动控制中起着至关重要的作用。本文对船舶的运动采用切片理论(STF方法)进行模拟,并且通过傅里叶反变换转换到时域范围,对于液舱内的强非线性晃荡问题采用边界元方法进行模拟。船舶运动作为液舱的激励运动,液舱晃荡诱导的力和力矩作为船舶的外力加入船舶的运动方程当中。