原文传递
引入耗散效应的圆柱形海洋结构物水动力问题解析研究
| 论文题名： | 引入耗散效应的圆柱形海洋结构物水动力问题解析研究 |
| 关键词： | 圆柱形;海洋结构物;波浪作用;水动力特性;耗散效应 |
| 摘要： | 海洋工程结构物的种类和形式有很多，而圆柱类结构是其基本结构形式，它在海洋平台工程中得到大量应用，如圆筒式FPSO-SEVEN，SPAR平台，TLP平台以及海洋风能发电等都大量的应用了圆柱类结构物。近年来许多国家都在兴建深水码头和防波堤，为了减小波浪的反射和结构所受波浪力，各国竞相研究各种新型防波堤结构。其中外壁开孔双筒柱结构由于具有良好的减小波浪反射和自身所受波浪力的特性，越来越多地受到人们的重视。本论文采用解析解为手段，选择了单个圆柱及柱群、带孔圆柱以及含有月池的圆柱等海洋工程平台结构物，对其在波浪作用下的水动力特性，基于传统的势流理论以及引入耗散的方法进行研究。 基于传统势流理论，将整个流场根据不同的几何模型，划分不同的流体域，在每个流体域，根据不同的边界条件采用特征函数展开的方法得到圆柱类结构周围流场的速度势的表达式，表达式中的未知系数由物面边界条件和控制面边界条件所确定。在流场的一阶速度势得到的情况下，对于绕射问题计算一阶波浪力，二阶漂移力以及自由表面的波高；对于辐射问题计算其附加质量系数，辐射阻尼系数。在一个特殊例子的情况下，应用三维线性频域势流理论的水动力学软件 HydroStar得到相同情况下的数据和计算程序的比较。其次通过改变水深、直径尺度、吃水尺度等几何参数，考察不同水深、不同频率下附加质量、兴波阻尼系数、波浪力等无因次水动力系数与参数变化之间的关系，最后形成图表,以便设计者参考。 对带有月池圆柱的情况，在某些入射波的频率下，在月池中心处的波高会很大，也就是在这个频率下会有共振现象的发生。然而，应用的解析手段在传统势流理论的基础上得到的波高会达无穷大，不能给出准确的预报，这是由于忽略了粘性的影响造成的。为了考虑粘性的影响，本文在传统势流理论的基础上引入了增加耗散的办法，分别为自由表面耗散、流域内耗散。本论文采用解析方法研究，因此对于流域内耗散分为两种特殊形式：垂直耦合面耗散和水平耦合面耗散。对于具有耗散效应的海洋型结构物，可以任意选择这三种耗散，本论文首先应用流域内水平耗散面在含有月池的圆柱上，其次应用流域内垂直耗散面在零厚度薄壁月池圆柱上，最后应用自由表面耗散在 MONOBR模型上。无论应用哪种耗散，通过选择一个合理的耗散系数得到的结果与现有模型试验的结果进行对比，表明了耗散的合理性，并且对于工程实践具有一定的指导意义。 |
| 作者： | 刘恒序 |
| 专业： | 流体力学 |
| 导师： | 陈晓波 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
