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锚泊气浮结构运动响应数值模拟研究
| 论文题名： | 锚泊气浮结构运动响应数值模拟研究 |
| 关键词： | 锚泊气浮结构;运动响应;锚链受力;数值模拟 |
| 摘要： | 随着海洋工程和海岸工程的深入发展，一些无底结构物如气浮式防波堤、波能发电装置（WaveEnergyConverter，WEC）、浮运拖航过程中的海上风电基础等结构的运用越来越广泛。这些结构都是底部开口，顶部封闭或者半封闭，包含一个或多个气室，在受到水流或波浪冲击时，气室内部的气水交界面会发生较大振荡，从而影响整个结构的浮力。锚链系统是最为常用的系泊系统，合理的锚链布置对于气浮结构的位置固定、结构稳定以及安全运行等至关重要。因此，研究锚泊气浮结构在波浪作用下的运动响应具有重要的工程意义。近些年，数值模型因其无比尺效应、方便全流场观测、试验成本低等优点发展迅速，在工程领域的作用愈发凸显。本文基于C语言开发了一套两相流流动模型NEWTANK，以研究波浪作用下锚泊气浮结构的运动响应。 为了对波浪作用下锚泊气浮结构的运动开展数值模拟研究，本文先建立了一套两相流流动模型，然后通过不同算例在各个方面对所建模型进行了检验，最后利用该模型分析波浪作用下锚泊气浮结构的运动。具体的研究内容如下： （1）基于两相流流动模型NEWTANK，使用虚拟边界力法实现了运动物体在波浪以及水流中的运动响应功能，建立了一套可用于模拟锚泊气浮结构运动响应的波浪水池模型。该模型基于有限差分法求解空间平均的Navier-Stokes方程，采用流体体积（VolumeOfFluid，VOF）法追踪自由表面的运动。 （2）检验了本文数值模型的模拟效果和计算的准确性。从自由运动结构物与水流相互作用、固定结构物与波浪相互作用、自由浮动物体与波浪相互作用、波浪作用下锚泊浮体的运动响应与锚链受力四个方面对本文模型的模拟效果进行了检验。 （3）验证了本文数值计算模型的准确性之后，本文研究了浮箱的重心位置、波周期T、波高H及箱体吃水d对锚泊浮箱运动特性及锚链受力特性的影响。通过对比自由单舱气浮结构、锚泊单舱气浮结构和锚泊浮箱在规则波下的响应，研究了锚链和气室对气浮结构运动特性和锚链受力特性的影响。 |
| 作者： | 朱伟钊 |
| 专业： | 水利工程 |
| 导师： | 刘东明;赵国杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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