分層流體中浮式結(jié)構(gòu)物水動(dòng)力特性研究.pdf

1、隨著油氣資源的勘探開發(fā)轉(zhuǎn)向海洋尤其是轉(zhuǎn)向深海，傳統(tǒng)的固定式平臺(tái)已經(jīng)不能滿足相應(yīng)的工程要求，取而代之的是浮式生產(chǎn)系統(tǒng)，包括FPSO、半潛式平臺(tái)、張力腿式平臺(tái)和Spar平臺(tái)等。因此深入研究浮式結(jié)構(gòu)物在各種海洋環(huán)境條件下的水動(dòng)力性能問題就成為當(dāng)今海洋工程界所面臨的緊迫任務(wù)。 在海水密度分布均勻的假定下，大尺度浮式結(jié)構(gòu)物的水動(dòng)力學(xué)已經(jīng)有了比較成熟的線性和非線性理論，并已解決了許多海洋工程的實(shí)際問題。然而，在實(shí)際海洋中，由于太陽熱輻射等因

2、素，海水的密度通常具有層化效應(yīng)。在這種密度分層海洋中，只要有擾動(dòng)源就會(huì)在海洋內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)波，因此內(nèi)波是海洋中普遍存在的一種動(dòng)力學(xué)過程。幾乎在世界各地海洋的陸架區(qū)及深海區(qū)都發(fā)現(xiàn)有海洋內(nèi)波，所以，對(duì)密度層化海洋中浮式結(jié)構(gòu)物水動(dòng)力特性的研究，已經(jīng)成為了學(xué)術(shù)界和工程界所關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。 本文研究密度分層流體中浮式結(jié)構(gòu)物的水動(dòng)力特性問題，闡述了本課題研究的背景和意義，概述了國內(nèi)外學(xué)者在本領(lǐng)域的現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，開展了如下研究工作。

3、 在第二章中，研究了兩層流體中水波與垂直圓柱浮體的相互作用問題，建立了數(shù)學(xué)物理模型，給出了多模態(tài)繞射和輻射勢(shì)的級(jí)數(shù)表達(dá)式，提出了垂直圓柱浮體的表面波和內(nèi)波模態(tài)水動(dòng)作用力及附加質(zhì)量與阻尼系數(shù)的計(jì)算方法，考察兩層流體的密度比及厚度比等重要參數(shù)對(duì)垂直圓柱浮體水動(dòng)力特性的影響規(guī)律及其機(jī)理。 在第三章中，研究了兩層流體中水波與水面漂浮矩形箱的相互作用問題，建立了表面波模態(tài)和內(nèi)波模態(tài)入射波產(chǎn)生的反射和透射波的能量守恒關(guān)系，提出了水面漂浮矩

4、形箱的表面波和內(nèi)波模態(tài)水動(dòng)作用力及附加質(zhì)量與阻尼系數(shù)的計(jì)算方法，深入考察了兩種模態(tài)平面前進(jìn)波之間的能量轉(zhuǎn)化規(guī)律，以及水面漂浮矩形箱水動(dòng)力特性的變化規(guī)律。 在第四章中，研究了具有線性密度躍層的三層流體中水波與垂直圓柱浮體的相互作用問題，通過直接引入擾動(dòng)壓力場(chǎng)的方法，導(dǎo)出了多模態(tài)平面前進(jìn)波的色散關(guān)系，給出了多模態(tài)入射波的解析表達(dá)式，建立了直立圓柱浮體繞射與輻射問題的數(shù)學(xué)物理模型，提出了多模態(tài)繞射勢(shì)及輻射勢(shì)的計(jì)算方法，深入考察了線性密