多體海洋結(jié)構(gòu)間窄縫內(nèi)流體共振的試驗(yàn)和數(shù)值研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文多體海洋結(jié)構(gòu)間窄縫內(nèi)流體共振的試驗(yàn)和數(shù)值研究ExperimentalandNumericalInvestigationofFluidResonanceinNarrowGapbetweenMultipleMaritimeStructures學(xué)號(hào)：21106222史連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要海上多浮體結(jié)構(gòu)間往往存在相對(duì)于結(jié)構(gòu)自身尺寸很小的窄縫。在特定頻率的波浪作

2、用下，這些窄縫內(nèi)會(huì)出現(xiàn)流體大幅度振蕩現(xiàn)象，稱為窄縫流體共振。此時(shí)，結(jié)構(gòu)物所受波浪力將顯著增大，嚴(yán)重威脅工程安全作業(yè)。為了深入了解和認(rèn)識(shí)窄縫流體共振的物理特性和作用機(jī)制，本文通過物理試驗(yàn)和數(shù)值分析方法對(duì)該問題開展研究。傳統(tǒng)的勢(shì)流模型因無法考慮流動(dòng)中的機(jī)械能耗散，所以會(huì)嚴(yán)重高估窄縫內(nèi)流體的共振波高。粘性流模型能夠給出較可靠的模擬結(jié)果，但非常耗時(shí)。在勢(shì)流理論框架內(nèi)，通過引入合適的人工阻尼項(xiàng)，修改自由表面邊界條件或邊界匹配條件，可得到較可靠的共

3、振幅值的預(yù)測(cè)結(jié)果，然而經(jīng)驗(yàn)性的人工阻尼系數(shù)需要結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果或CFD結(jié)果進(jìn)行率定。本文通過二維水槽物理試驗(yàn)，對(duì)存在窄縫的箱體箱體結(jié)構(gòu)以及方箱一直墻結(jié)構(gòu)，在正向線性入射波作用下的流體共振特性，以及窄縫流體共振中，入射波波高和結(jié)構(gòu)尖角引起的渦流對(duì)機(jī)械能耗散的影響作用開展了研究。在雙箱窄縫流體共振試驗(yàn)中，通過設(shè)置具有不同半徑的圓角底角的箱體，觀測(cè)對(duì)應(yīng)的窄縫內(nèi)流體共振特性的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明，首先，窄縫內(nèi)流體共振波高隨入射波波高的增大呈冪函數(shù)

4、趨勢(shì)增大，這體現(xiàn)了入射波波高對(duì)水體流動(dòng)過程中的機(jī)械能耗散的影響作用。而共振波高與入射波波高之間的依賴關(guān)系，與模型的幾何參數(shù)及設(shè)置相關(guān)。其次，當(dāng)箱體的底角形狀由直角變?yōu)榫哂休^小半徑的圓角后，窄縫內(nèi)流體共振頻率變化很小，而共振波高則顯著增大，這意味著由方箱尖角引起的渦流對(duì)機(jī)械能耗散的影響十分重要。而隨著圓角半徑增大，窄縫內(nèi)流體的共振頻率不斷增大，共振波高則逐漸減小，但仍明顯高于箱體底角為直角的情況，這反映了結(jié)構(gòu)尖角對(duì)窄縫流體共振過程中的機(jī)械

5、能耗散的影響機(jī)制。而窄縫流體共振頻率的變化則與窄縫內(nèi)流體質(zhì)量的變化有關(guān)，隨著箱體底角半徑的增大，窄縫內(nèi)參與垂向振蕩的流體質(zhì)量減小，對(duì)應(yīng)的共振頻率因此增大。此外，隨著箱體底角形狀的變化，窄縫內(nèi)流體共振波高與入射波波高之間的依賴關(guān)系也隨之改變。本文在方箱直墻系統(tǒng)窄縫流體共振試驗(yàn)中，分別研究了不同的方箱吃水深度、窄縫間隙以及入射波頻率和波高的影響作用，為數(shù)值模型的驗(yàn)證和人工阻尼(力)系數(shù)的率定提供了依據(jù)。此外，通過分析水動(dòng)力系數(shù)隨入射波頻率、