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孤立波与浮式结构物相互作用的粘性流数值模拟研究
| 论文题名： | 孤立波与浮式结构物相互作用的粘性流数值模拟研究 |
| 关键词： | 海洋勘探;钻井平台;表面孤立波;粘性流模拟 |
| 摘要： | 在南海油气资源的开发过程中，会涉及到表面孤立波和内孤立波与浮式结构物的相互作用问题。由于这类问题具有极强的非线性，用传统的线性势流理论不能得到满意的结果。采用粘性流数值波浪水槽技术，将是一种更为直接和有效的方法。本文对粘性流中表面孤立波和内孤立波与浮式结构物的相互作用问题进行了研究。主要内容如下： ⑴以连续性方程和雷诺平均方程为控制方程,用k 模型封闭方程组，采用VOF方法追踪自由面，应用推板造波法进行表面孤立波数值造波并且研究了消波的方法，提出了数值处理和实现方法，建立了同时具有造波和消波功能的二维表面孤立波波浪水槽，验证了数值造波和消波的有效性。利用所建立的二维表面孤立波数值水槽模拟了其与多孔介质的相互作用问题。特别地，成功地模拟了表面孤立波通过多孔介质区域后的波面变化，表明了所建立的表面孤立波数值水槽在研究表面孤立波与多孔介质防波堤的相互作用问题方面是有实际应用价值的。 ⑵利用所建立的三维表面孤立波数值水槽，模拟了表面孤立波与外壁透空的圆柱浮体的相互作用问题。特别地，成功地数值模拟了表面孤立波与外壁透空圆柱结构的相互作用现象，获得了作用在内圆柱体上水动力的时历特性，表明了在圆柱外加装透空结构能够有效的减轻波浪对内部圆柱的作用。 ⑶应用双板联动的造波方法，在密度分层的两层流体界面上成功地模拟了内孤立波的生成和传播，建立了三维内孤立波数值水槽，并以此为基础成功模拟了内孤立波对不同浸没深度的圆柱结构的作用，得到了圆柱所受到的内孤立波载荷的时间历程。通过与Morison公式计算结果的比较，说明应用内孤立波数值水槽解决该类问题是有效的和可行的。 ⑷利用所建立的三维内孤立波数值水槽，采用动网格技术，应用全耦合数值方法，模拟了圆柱结构在内孤立波作用下横荡，垂荡和横摇运动的时间历程。数值结果表明在内孤立波的作用下，会使浮式结构物发生较大的水平位移，从而造成锚泊系统张力增大。 |
| 作者： | 宋帅 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 尤云祥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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