浮式海洋結(jié)構(gòu)在兩層流中做慢漂運動的數(shù)值研究.pdf

1、系泊浮式海洋結(jié)構(gòu)物在波浪作用下的運動，不僅包括與波浪頻率相同的一階波頻運動，還包括長周期的二階水平面慢漂運動。引發(fā)慢漂運動的二階低頻波浪力相對一階線性波浪力來說較小，同時，由于深水系泊中水平系泊剛度較小，慢漂運動的幅值常常大于線性響應(yīng)幅值。一旦發(fā)生共振現(xiàn)象，會誘發(fā)相當大的響應(yīng)，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞性影響。目前對于波浪和浮式海洋結(jié)構(gòu)物相互作用問題的研究都基于海水密度均勻分布的假設(shè)，而實際的海洋密度在垂直方向具有層化的特點，浮式海洋結(jié)構(gòu)在這種分層

2、流體中運動時，除了會在自由表面形成表面波，還會在內(nèi)界面上形成內(nèi)波，使得結(jié)構(gòu)物相應(yīng)的受力和運動響應(yīng)發(fā)生變化。已有的研究表明海洋分層對結(jié)構(gòu)物一階波頻運動的水動力特性影響較小，但是海洋分層對結(jié)構(gòu)物的慢漂運動的影響有待進一步研究。
　　本研究針對解耦后的低頻慢漂運動方程，通過物理模型實驗方法確定結(jié)構(gòu)物在兩層流中發(fā)生低頻慢漂運動時產(chǎn)生的阻力，然后，代入慢漂運動方程，采用時域數(shù)值方法求解低頻慢漂運動響應(yīng)。通過與單層流計算結(jié)果進行對比，分析流體

3、分層效應(yīng)對結(jié)構(gòu)慢漂運動的影響。首先采用浮式結(jié)構(gòu)物在兩層流中做受迫運動的時域數(shù)學模型，對模型的受迫縱蕩運動進行了數(shù)值計算，將附加質(zhì)量和輻射阻尼與單層流中的相應(yīng)情況進行對比。結(jié)果表明在波頻范圍內(nèi)，可以忽略流體分層效應(yīng)對結(jié)構(gòu)附加質(zhì)量和輻射阻尼的影響，只需研究流體分層效應(yīng)對慢漂運動的影響。然后，在解放軍理工大學重力式分層流實驗水槽中進行箱型結(jié)構(gòu)的拖曳實驗，分別得到單層和雙層情況下的拖航阻力。最后，將試驗得到的拖航阻力帶入慢漂運動方程，計算雙色波