畸形波的数值模拟及其与海洋结构物相互作用研究

发布时间：2017-03-30 12:00

  本文关键词：畸形波的数值模拟及其与海洋结构物相互作用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：畸形波是一种瞬时存在、具有较大波高的灾害性波浪，由于其强非线性和不对称性，对海洋结构物具有极大的威胁。虽然越来越多的学者开始研究畸形波，但研究工作仍处于初始阶段，其发生机理、影响因素等仍不明确。有关畸形波与海洋结构物相互作用如波浪爬升与拍击力的研究则更少。 本文首先基于传统的Longuet-Higgins波浪模型，通过调整波浪的能量分配方式，比较分析模拟畸形波的各种模型：单波列聚焦模型；双波列聚焦模型；双波列改进模型以及三波列聚焦模型的优缺点。同时基于上述各种模型，对计算流体力学软件FLUNET进行二次开发，分别在二维和三维数值波浪水池中模拟畸形波。 然后研究立柱在畸形波作用下的波浪爬升与波浪拍击力。通过数值模拟和模型试验研究两种方法，研究谱峰周期，波浪峰值，聚焦位置和水深等因素对波浪爬升与拍击力影响。此外分析各种波浪爬升和拍击力的经验公式，找出预测畸形波作用下波浪爬升与拍击力的有效方法。 最后，针对一座工作水深为500m的半潜式海洋平台，运用时域耦合分析方法，计算其在畸形波作用下的运动响应。通过比较平台在两种不同形式畸形波作用下的运动响应，了解不同形式的畸形波浪对平台运动的影响。同时通过分析畸形波的参数（如：聚焦位置，，谱峰周期，波浪峰值）对平台运动幅值的影响，确定平台运动响应对畸形波参数的敏感性。
【关键词】：畸形波 立柱 数值水池 拍击力 波浪爬升 半潜平台
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U661.1;TV139.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 目录7-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究的目的和意义10
• 1.2 畸形波研究综述10-17
• 1.2.1 畸形波记录11-13
• 1.2.2 畸形波定义13-14
• 1.2.3 畸形波形成机理14-15
• 1.2.4 畸形波的物理模拟15-16
• 1.2.5 畸形波的数值模拟16-17
• 1.2.6 畸形波与海洋结构物的相互作用17
• 1.3 本文主要内容及创新点17-19
• 1.3.1 主要研究内容17-18
• 1.3.2 创新点18-19
• 第二章 畸形波模拟的理论基础19-28
• 2.1 随机波浪的模拟19-20
• 2.2 模拟畸形波的理论模型20-27
• 2.2.1 部分组成波叠加模型20-22
• 2.2.2 双波列叠加模型22-24
• 2.2.3 双波列叠加改进模型24-25
• 2.2.4 三波列叠加模型模拟畸形波25-27
• 2.3 结论与讨论27-28
• 第三章 畸形波的数值模拟28-47
• 3.1 计算的数学模型28-33
• 3.1.1 控制方程28-29
• 3.1.2 方程的离散29-32
• 3.1.3 流场计算的 PISO 算法32-33
• 3.2 数值波浪水池33-35
• 3.2.1 造波33
• 3.2.2 消波33-35
• 3.3 畸形波的二维数值模拟35-44
• 3.3.1 几何模型35-36
• 3.3.2 边界条件及求解36
• 3.3.3 畸形波数值模拟36-44
• 3.4 畸形波的三维数值模拟44-45
• 3.4.1 几何模型44
• 3.4.2 边界条件及求解44
• 3.4.3 计算结果与分析44-45
• 3.5 结论与讨论45-47
• 第四章 畸形波作用下波浪爬升与拍击力的模型试验研究47-63
• 4.1 概述47-48
• 4.2 畸形波作用下波浪爬升与拍击力研究进展48-50
• 4.2.1 畸形波作用下的波浪拍击力的研究48-49
• 4.2.2 畸形波作用下的波浪爬升研究进展49-50
• 4.3 模型实验研究50-54
• 4.3.1 坐标系50-51
• 4.3.2 模型制作与校验51-53
• 4.3.3 海洋条件模拟53-54
• 4.4 试验测试内容及仪器54
• 4.5 结果与分析54-62
• 4.5.1 波浪爬升的试验结果54-58
• 4.5.2 波浪拍击力的试验结果58-60
• 4.5.3 不同类型波浪作用下波浪爬升与拍击力的对比60-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第五章 畸形波作用下的波浪爬升与拍击力的数值模拟研究63-75
• 5.1 深水畸形波作用下波浪爬升的二维数值模拟63-65
• 5.2 深水畸形波作用下波浪爬升和拍击力的三维数值模拟65-68
• 5.3 浅水畸形波作用下波浪爬升的二维数值模拟68-70
• 5.4 浅水畸形波作用下波浪爬升与拍击力的三维数值模拟70-72
• 5.5 数值模拟与模型试验结果的对比72-74
• 5.6 本章小结74-75
• 第六章 畸形波作用下半潜平台运动响应的时域模拟75-85
• 6.1 概述75
• 6.2 时域耦合运动方程75-76
• 6.3 半潜平台及其系泊系统概述76-77
• 6.4 半潜平台运动受力结果及分析77-80
• 6.5 极限波浪的参数对平台运动响应80-84
• 6.5.1 聚焦位置对平台运动的影响80-81
• 6.5.2 波峰值对平台运动的影响81-82
• 6.5.3 “邻波”波高对平台运动的影响82-83
• 6.5.4 谱峰周期对平台运动的影响83-84
• 6.6 结论与讨论84-85
• 第七章 总结与展望85-87
• 7.1 主要研究工作总结及结论85-86
• 7.2 进一步研究工作与展望86-87
• 参考文献87-92
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文92-93
• 致谢93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 杨冠声,董艳秋,陈学闯;畸形波对圆柱作用力计算的波形改造法[J];港工技术;2003年01期

2 王永学;无反射造波数值波浪水槽[J];水动力学研究与进展(A辑);1994年02期

3 梁修锋;杨建民;李欣;于洋;;FPSO甲板上浪的数值模拟[J];水动力学研究与进展A辑;2007年02期

4 高学平,曾广冬,张亚;不规则波浪数值水槽的造波和阻尼消波[J];海洋学报(中文版);2002年02期

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1 裴玉国;畸形波的生成及基本特性研究[D];大连理工大学;2008年

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本文编号：277031