波浪作用下玻璃鋼浮標(biāo)水動(dòng)力特性的數(shù)值研究.pdf

1、本文首先對(duì)波浪三維數(shù)值模擬和浮標(biāo)的水動(dòng)力特性研究進(jìn)展進(jìn)行了較為全面的概述，特別對(duì)數(shù)學(xué)模型基本理論進(jìn)行詳細(xì)的敘述。并根據(jù)Goda的兩點(diǎn)法分離反射波和入射波，編寫相應(yīng)的Fortan程序計(jì)算反射系數(shù)Kr。建立多組數(shù)學(xué)模型試驗(yàn)研究波高水深比(H/h)和反射系數(shù)之間的關(guān)系，得出H/h和反射系數(shù)之間的最優(yōu)關(guān)系。在數(shù)學(xué)模型理論的基礎(chǔ)上建立波浪數(shù)值水池對(duì)波浪和發(fā)電浮標(biāo)進(jìn)行數(shù)值模擬，并對(duì)所建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證，得出所建立數(shù)學(xué)模型可以應(yīng)用于各種波浪情況下

2、的數(shù)值模擬以及玻璃鋼浮標(biāo)水動(dòng)力特性的數(shù)值研究。
　　 其次，基于三維波浪數(shù)值水池模擬波浪在非對(duì)稱臺(tái)階地形上的傳播，通過多組次模擬計(jì)算，結(jié)果表明臺(tái)階地形上墩柱繞流屬于復(fù)雜的三維流態(tài)，墩柱迎水面沒有明顯的渦動(dòng)結(jié)構(gòu)，高渦量呈對(duì)稱狀聚集在墩柱的背水面，少許聚集在迎水面，墩柱的背水面形成了一對(duì)渦對(duì)旋轉(zhuǎn)方向相反的渦結(jié)構(gòu)。比較發(fā)現(xiàn)KC值與周期有關(guān)，但在周期相同波高不同的波況下，KC值相差不大，說明KC值與波高變化關(guān)系不明顯。墩柱正面水體表面的

3、水平方向流速變化較大，側(cè)面水平流速變化最為劇烈，背面在墩柱的掩護(hù)作用下，水平方向流速變化不大。在墩柱的正面和側(cè)面豎向環(huán)流明顯，背面無明顯豎向環(huán)流。
　　 最后，建立三維波浪數(shù)值水池對(duì)玻璃鋼浮標(biāo)進(jìn)行水動(dòng)力特性進(jìn)行模擬研究，得出浮標(biāo)的正前方出現(xiàn)波峰塌陷現(xiàn)象，浮標(biāo)周圍自由面的形態(tài)發(fā)生改變，自由面在浮標(biāo)處存在許多小的褶皺，呈現(xiàn)出明顯的三維特性。分析瞬時(shí)流場(chǎng)發(fā)現(xiàn)浮標(biāo)配重的左下方有一漩渦，隨著波浪的推進(jìn)，漩渦逐漸消失，浮標(biāo)的背水面有形成漩渦

4、的趨勢(shì)，但是波速較大，沒能形成明顯的漩渦。通過對(duì)渦量結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)浮標(biāo)周圍的渦結(jié)構(gòu)未成對(duì)稱結(jié)構(gòu)與墩柱結(jié)構(gòu)物周圍的對(duì)稱渦結(jié)構(gòu)不同，浮標(biāo)遇到渦對(duì)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱時(shí)，會(huì)導(dǎo)致浮標(biāo)在橫向上發(fā)生偏移，左右擺動(dòng)。通過對(duì)垂蕩和縱搖分析得出玻璃鋼浮標(biāo)在浮搖穩(wěn)定性方面的性能優(yōu)于全鋼制浮標(biāo)，水動(dòng)力特性的優(yōu)勢(shì)更為明顯。從數(shù)值模擬結(jié)果和浮標(biāo)重心、浮心位置兩者比較看，改良后玻璃鋼浮標(biāo)的穩(wěn)性相對(duì)較高。浮標(biāo)的動(dòng)水壓強(qiáng)最大來自垂直方向，在新型玻璃鋼浮標(biāo)設(shè)計(jì)過程中，要考慮動(dòng)水壓強(qiáng)