浮式海洋結(jié)構(gòu)在兩層流中做慢漂運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，不僅包括與波浪頻率相同的一階波頻運(yùn)動(dòng)，還包括長(zhǎng)周期的二階水平面慢漂運(yùn)動(dòng)。引發(fā)慢漂運(yùn)動(dòng)的二階低頻波浪力相對(duì)一階線性波浪力來(lái)說(shuō)較小，同時(shí)，由于深水系泊中水平系泊剛度較小，慢漂運(yùn)動(dòng)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(huì)誘發(fā)相當(dāng)大的響應(yīng)，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞性影響。目前對(duì)于波浪和浮式海洋結(jié)構(gòu)物相互作用問(wèn)題的研究都基于海水密度均勻分布的假設(shè)，而實(shí)際的海洋密度在垂直方向具有層化的特點(diǎn)，浮式海洋結(jié)構(gòu)在這種分層

2、流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，除了會(huì)在自由表面形成表面波，還會(huì)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(yùn)動(dòng)響應(yīng)發(fā)生變化。已有的研究表明海洋分層對(duì)結(jié)構(gòu)物一階波頻運(yùn)動(dòng)的水動(dòng)力特性影響較小，但是海洋分層對(duì)結(jié)構(gòu)物的慢漂運(yùn)動(dòng)的影響有待進(jìn)一步研究。
　　本研究針對(duì)解耦后的低頻慢漂運(yùn)動(dòng)方程，通過(guò)物理模型實(shí)驗(yàn)方法確定結(jié)構(gòu)物在兩層流中發(fā)生低頻慢漂運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力，然后，代入慢漂運(yùn)動(dòng)方程，采用時(shí)域數(shù)值方法求解低頻慢漂運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。通過(guò)與單層流計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析流體

3、分層效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)慢漂運(yùn)動(dòng)的影響。首先采用浮式結(jié)構(gòu)物在兩層流中做受迫運(yùn)動(dòng)的時(shí)域數(shù)學(xué)模型，對(duì)模型的受迫縱蕩運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，將附加質(zhì)量和輻射阻尼與單層流中的相應(yīng)情況進(jìn)行對(duì)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(duì)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(duì)慢漂運(yùn)動(dòng)的影響。然后，在解放軍理工大學(xué)重力式分層流實(shí)驗(yàn)水槽中進(jìn)行箱型結(jié)構(gòu)的拖曳實(shí)驗(yàn)，分別得到單層和雙層情況下的拖航阻力。最后，將試驗(yàn)得到的拖航阻力帶入慢漂運(yùn)動(dòng)方程，計(jì)算雙色波