引入耗散效應的圓柱形海洋結構物水動力問題解析研究.pdf

1、海洋工程結構物的種類和形式有很多，而圓柱類結構是其基本結構形式，它在海洋平臺工程中得到大量應用，如圓筒式FPSO-SEVEN，SPAR平臺，TLP平臺以及海洋風能發(fā)電等都大量的應用了圓柱類結構物。近年來許多國家都在興建深水碼頭和防波堤，為了減小波浪的反射和結構所受波浪力，各國競相研究各種新型防波堤結構。其中外壁開孔雙筒柱結構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結構物，對其在波浪作用下的水動力特性，基于傳統(tǒng)的勢流理論以及引入耗散的方法進行研究。
　　基于傳統(tǒng)勢流理論，將整個流場根據(jù)不同的幾何模型，劃分不同的流體域，在每個流體域，根據(jù)不同的邊界條件采用特征函數(shù)展開的方法得到圓柱類結構周圍流場的速度勢的表達式，表達式中的未知系數(shù)由物面邊界條件和控制面邊界條件所確定。在流場的一階速度勢得到的情況下，對于繞射問題計算一階波浪力，二階漂移力以及自由表

3、面的波高；對于輻射問題計算其附加質量系數(shù)，輻射阻尼系數(shù)。在一個特殊例子的情況下，應用三維線性頻域勢流理論的水動力學軟件 HydroStar得到相同情況下的數(shù)據(jù)和計算程序的比較。其次通過改變水深、直徑尺度、吃水尺度等幾何參數(shù)，考察不同水深、不同頻率下附加質量、興波阻尼系數(shù)、波浪力等無因次水動力系數(shù)與參數(shù)變化之間的關系，最后形成圖表,以便設計者參考。
　　對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很大，也就是在這

4、個頻率下會有共振現(xiàn)象的發(fā)生。然而，應用的解析手段在傳統(tǒng)勢流理論的基礎上得到的波高會達無窮大，不能給出準確的預報，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)勢流理論的基礎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。對于具有耗散效應的海洋型結構物，可以任意選擇這三種耗散，本論文首先應用流域內(nèi)水平耗散面在含有月池的圓柱上