引入耗散效應(yīng)的圓柱形海洋結(jié)構(gòu)物水動力問題解析研究.pdf

1、海洋工程結(jié)構(gòu)物的種類和形式有很多，而圓柱類結(jié)構(gòu)是其基本結(jié)構(gòu)形式，它在海洋平臺工程中得到大量應(yīng)用，如圓筒式FPSO-SEVEN，SPAR平臺，TLP平臺以及海洋風(fēng)能發(fā)電等都大量的應(yīng)用了圓柱類結(jié)構(gòu)物。近年來許多國家都在興建深水碼頭和防波堤，為了減小波浪的反射和結(jié)構(gòu)所受波浪力，各國競相研究各種新型防波堤結(jié)構(gòu)。其中外壁開孔雙筒柱結(jié)構(gòu)由于具有良好的減小波浪反射和自身所受波浪力的特性，越來越多地受到人們的重視。本論文采用解析解為手段，選擇了單個圓柱

2、及柱群、帶孔圓柱以及含有月池的圓柱等海洋工程平臺結(jié)構(gòu)物，對其在波浪作用下的水動力特性，基于傳統(tǒng)的勢流理論以及引入耗散的方法進行研究。
　　基于傳統(tǒng)勢流理論，將整個流場根據(jù)不同的幾何模型，劃分不同的流體域，在每個流體域，根據(jù)不同的邊界條件采用特征函數(shù)展開的方法得到圓柱類結(jié)構(gòu)周圍流場的速度勢的表達(dá)式，表達(dá)式中的未知系數(shù)由物面邊界條件和控制面邊界條件所確定。在流場的一階速度勢得到的情況下，對于繞射問題計算一階波浪力，二階漂移力以及自由表

3、面的波高；對于輻射問題計算其附加質(zhì)量系數(shù)，輻射阻尼系數(shù)。在一個特殊例子的情況下，應(yīng)用三維線性頻域勢流理論的水動力學(xué)軟件 HydroStar得到相同情況下的數(shù)據(jù)和計算程序的比較。其次通過改變水深、直徑尺度、吃水尺度等幾何參數(shù)，考察不同水深、不同頻率下附加質(zhì)量、興波阻尼系數(shù)、波浪力等無因次水動力系數(shù)與參數(shù)變化之間的關(guān)系，最后形成圖表,以便設(shè)計者參考。
　　對帶有月池圓柱的情況，在某些入射波的頻率下，在月池中心處的波高會很大，也就是在這

4、個頻率下會有共振現(xiàn)象的發(fā)生。然而，應(yīng)用的解析手段在傳統(tǒng)勢流理論的基礎(chǔ)上得到的波高會達(dá)無窮大，不能給出準(zhǔn)確的預(yù)報，這是由于忽略了粘性的影響造成的。為了考慮粘性的影響，本文在傳統(tǒng)勢流理論的基礎(chǔ)上引入了增加耗散的辦法，分別為自由表面耗散、流域內(nèi)耗散。本論文采用解析方法研究，因此對于流域內(nèi)耗散分為兩種特殊形式：垂直耦合面耗散和水平耦合面耗散。對于具有耗散效應(yīng)的海洋型結(jié)構(gòu)物，可以任意選擇這三種耗散，本論文首先應(yīng)用流域內(nèi)水平耗散面在含有月池的圓柱上