逃生裝置對水中懸浮隧道水動力的影響.pdf

1、給出懸浮隧道安全逃生裝置的概念設(shè)計。針對懸浮隧道的安全系統(tǒng)存在的問題,提出在懸浮隧道外側(cè)設(shè)置可分離式的逃生裝置,給出可應(yīng)用的逃生裝置概念設(shè)計,為懸浮隧道安全問題研究提供一個新的思路。
　　 運用計算流體動力學(xué)方法,研究了在均勻流和振蕩流環(huán)境下逃生裝置的設(shè)置對懸浮隧道水流荷載的影響?；贔LUENT求解器二次開發(fā),模擬水流作用下懸浮隧道周圍的流場,計算水流荷載。數(shù)值模擬結(jié)果表明:在均勻流環(huán)境下,當(dāng)流速在0.4m/s至1.4m/s之

2、間逃生裝置的設(shè)置較大地減小水流荷載;在振蕩流環(huán)境下,逃生裝置的設(shè)置對懸浮隧道所受的水流荷載影響很小,可以忽略。在均勻流環(huán)境下逃生裝置的對稱布設(shè)使懸浮隧道斷面近似流線型,故能在一定程度上減弱水流荷載,而在振蕩流環(huán)境下由于流體速度周期變化使得懸浮隧道上下流場變化頻繁,逃生裝置的設(shè)置對懸浮隧道的水流荷載影響很小。
　　 數(shù)值模擬研究波浪環(huán)境下逃生裝置對水中懸浮隧道水動力的影響。波浪理論采用線性波和二階Stokes波,自由波面跟蹤采用體

3、積份數(shù)法(VOF),湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)的κ-ε雙方程模型,控制方程采用時均雷諾N-S方程(RANS)。數(shù)值模擬結(jié)果表明,在線性波和二階Stokes波環(huán)境下,設(shè)置逃生裝置后懸浮隧道水平向和垂向波浪力都有一定幅度增大,增幅在10％到60%之間,與水流環(huán)境下逃生裝置對懸浮隧道水動力的影響規(guī)律不同。在逃生裝置應(yīng)用于工程實踐時需要考慮其對懸浮隧道波浪荷載的影響。
　　 基于多極子勢展開法給出有限水深開口球形結(jié)構(gòu)的繞射問題解析解。運用多極子勢

4、展開法將球形結(jié)構(gòu)內(nèi)外場展開成無限系列單參數(shù)解族,通過內(nèi)外場匹配條件和壁面條件得到含有無限個待求參數(shù)的方程系列。用截斷法對無限系列方程組進行求解,獲得速度勢的近似解。在此基礎(chǔ)上,進一步數(shù)值模擬研究球形結(jié)構(gòu)表面的動水壓力和波浪激勵力與開口角度之間的關(guān)系。數(shù)值結(jié)果表明,開口角度對結(jié)構(gòu)的迎波面的動水壓力影響較小,對背波面的動水壓力影響較大;當(dāng)開口角度小于0.4時結(jié)構(gòu)上的激勵力變化不大。
　　 在勢流理論框架下發(fā)展一種求解有限水深開口球形

5、結(jié)構(gòu)的輻射問題的解析方法。采用多極子勢展開法將球形結(jié)構(gòu)內(nèi)外場展開成含一系列待定參數(shù)的無窮級數(shù),運用球形結(jié)構(gòu)壁面輻射條件和開口處流場匹配條件,建立含雙系列參數(shù)的方程組。用截斷法對無限系列方程組進行求解,獲得速度勢的近似解。數(shù)值模擬垂蕩運動的附加質(zhì)量和輻射阻尼,附加質(zhì)量和阻尼系數(shù)隨開口角度變大而增加,附加質(zhì)量比輻射阻尼變化更為顯著,當(dāng)θb=ψh=θ=0.4,附加質(zhì)量增大近10%:當(dāng)開口角度增大時無量綱附加質(zhì)量系數(shù)有增大趨勢,而隨Ka增大不同