引入耗散效應(yīng)的圓柱形海洋結(jié)構(gòu)物水動(dòng)力問(wèn)題解析研究.pdf

1、海洋工程結(jié)構(gòu)物的種類和形式有很多，而圓柱類結(jié)構(gòu)是其基本結(jié)構(gòu)形式，它在海洋平臺(tái)工程中得到大量應(yīng)用，如圓筒式FPSO-SEVEN，SPAR平臺(tái)，TLP平臺(tái)以及海洋風(fēng)能發(fā)電等都大量的應(yīng)用了圓柱類結(jié)構(gòu)物。近年來(lái)許多國(guó)家都在興建深水碼頭和防波堤，為了減小波浪的反射和結(jié)構(gòu)所受波浪力，各國(guó)競(jìng)相研究各種新型防波堤結(jié)構(gòu)。其中外壁開(kāi)孔雙筒柱結(jié)構(gòu)由于具有良好的減小波浪反射和自身所受波浪力的特性，越來(lái)越多地受到人們的重視。本論文采用解析解為手段，選擇了單個(gè)圓柱

2、及柱群、帶孔圓柱以及含有月池的圓柱等海洋工程平臺(tái)結(jié)構(gòu)物，對(duì)其在波浪作用下的水動(dòng)力特性，基于傳統(tǒng)的勢(shì)流理論以及引入耗散的方法進(jìn)行研究。
　　基于傳統(tǒng)勢(shì)流理論，將整個(gè)流場(chǎng)根據(jù)不同的幾何模型，劃分不同的流體域，在每個(gè)流體域，根據(jù)不同的邊界條件采用特征函數(shù)展開(kāi)的方法得到圓柱類結(jié)構(gòu)周圍流場(chǎng)的速度勢(shì)的表達(dá)式，表達(dá)式中的未知系數(shù)由物面邊界條件和控制面邊界條件所確定。在流場(chǎng)的一階速度勢(shì)得到的情況下，對(duì)于繞射問(wèn)題計(jì)算一階波浪力，二階漂移力以及自由表

3、面的波高；對(duì)于輻射問(wèn)題計(jì)算其附加質(zhì)量系數(shù)，輻射阻尼系數(shù)。在一個(gè)特殊例子的情況下，應(yīng)用三維線性頻域勢(shì)流理論的水動(dòng)力學(xué)軟件 HydroStar得到相同情況下的數(shù)據(jù)和計(jì)算程序的比較。其次通過(guò)改變水深、直徑尺度、吃水尺度等幾何參數(shù)，考察不同水深、不同頻率下附加質(zhì)量、興波阻尼系數(shù)、波浪力等無(wú)因次水動(dòng)力系數(shù)與參數(shù)變化之間的關(guān)系，最后形成圖表,以便設(shè)計(jì)者參考。
　　對(duì)帶有月池圓柱的情況，在某些入射波的頻率下，在月池中心處的波高會(huì)很大，也就是在這

4、個(gè)頻率下會(huì)有共振現(xiàn)象的發(fā)生。然而，應(yīng)用的解析手段在傳統(tǒng)勢(shì)流理論的基礎(chǔ)上得到的波高會(huì)達(dá)無(wú)窮大，不能給出準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，這是由于忽略了粘性的影響造成的。為了考慮粘性的影響，本文在傳統(tǒng)勢(shì)流理論的基礎(chǔ)上引入了增加耗散的辦法，分別為自由表面耗散、流域內(nèi)耗散。本論文采用解析方法研究，因此對(duì)于流域內(nèi)耗散分為兩種特殊形式：垂直耦合面耗散和水平耦合面耗散。對(duì)于具有耗散效應(yīng)的海洋型結(jié)構(gòu)物，可以任意選擇這三種耗散，本論文首先應(yīng)用流域內(nèi)水平耗散面在含有月池的圓柱上