波浪與帶窄縫箱體系統(tǒng)作用的非線性數(shù)值模擬.pdf

1、為了有效利用海洋空間資源，超大型浮體在海洋工程得到應(yīng)用。為了方便制造、運(yùn)輸以及安裝，大型浮式結(jié)構(gòu)物都由若干模塊組成，各個(gè)模塊之間并不是無縫連接，大都存在相對(duì)模塊特征長度很小的窄縫。除此之外，各種船舶進(jìn)行海上聯(lián)合作業(yè)時(shí)，船體之間也會(huì)有縫隙存在。縫隙內(nèi)的水體在某些頻率波浪作用下會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，誘發(fā)很大的波浪爬高和荷載，進(jìn)而對(duì)海洋結(jié)構(gòu)的作業(yè)安全帶來很大的影響。窄縫內(nèi)強(qiáng)烈的水體運(yùn)動(dòng)也會(huì)影響結(jié)構(gòu)前的反射波高以及透過結(jié)構(gòu)物的透射波高。實(shí)際海域的環(huán)境

2、很復(fù)雜，除一般常見的規(guī)則波外，還有可能出現(xiàn)極值波浪。為了方便有效地研究此種波浪，可以將其近似為只有單一波峰，周期無限大的孤立波。孤立波含有驚人的能量，破壞力極大，對(duì)海洋結(jié)構(gòu)物的安全產(chǎn)生巨大的危害。因此，研究規(guī)則波和孤立波與帶窄縫箱體系統(tǒng)相互作用問題有很重要的意義。
　　本文基于勢流理論，應(yīng)用高階邊界元方法建立了完全非線性二維數(shù)值水槽模型，模擬波浪與帶窄縫固定箱體系統(tǒng)相互作用問題。采用源造波法生成規(guī)則波，推板方法生成孤立波。自由表面

3、滿足完全非線性自由水面運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)邊界條件，并且在窄縫內(nèi)布置人工阻尼模擬由渦旋脫落和流動(dòng)分離引起的粘性耗散。對(duì)瞬時(shí)自由表面流體質(zhì)點(diǎn)采用混合歐拉-拉格朗日方法追蹤，采用四階Runge-Kutta法對(duì)下一時(shí)間步的波面升高和自由表面速度勢進(jìn)行更新。采用加速度式法求解結(jié)構(gòu)物體表面速度勢對(duì)時(shí)間的偏導(dǎo)數(shù)，對(duì)瞬時(shí)物體濕表面上的水動(dòng)力壓強(qiáng)積分得到作用在物體上的波浪力。
　　本文首先針對(duì)規(guī)則波與帶窄縫兩箱和三箱系統(tǒng)相互作用問題進(jìn)行了模擬研究，重點(diǎn)

4、分析了窄縫內(nèi)對(duì)應(yīng)的共振頻率和波高，以及箱體的受力情況。針對(duì)孤立波與直墻相互作用問題，統(tǒng)計(jì)了孤立波在直墻上的爬高以及施加在直墻上的水平波浪力，通過與已發(fā)表的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)值結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證模型模擬規(guī)則波與帶窄縫箱體系統(tǒng)相互作用問題以及孤立波與結(jié)構(gòu)物相互作用問題的正確性。然后考慮了箱體數(shù)量對(duì)箱體間窄縫內(nèi)水體共振頻率，共振波高，結(jié)構(gòu)物迎浪側(cè)和背浪側(cè)波高以及箱體波浪力的影響規(guī)律;超大型浮體是否開孔及孔隙數(shù)量對(duì)系統(tǒng)水動(dòng)力的影響規(guī)律;最后模擬了雙孤