平面进行波与海冰相互作用的数值模拟研究

发布时间：2020-11-19 15:30

　　 冰区中的海冰在波浪冲击作用下获得动能而发生漂移运动,表现出明显的动力特征;此外,靠近冰区航道及海港中的大面积浮冰,在大幅波浪作用下可能发生变形与断裂,断裂后的浮冰随波运动,可能与过往船只或港口设施发生碰撞,或者发生堆积,堵塞航道,具有重大安全隐患。因此,研究波浪与海冰相互作用,获得波浪作用下海冰随波漂移运动和变形断裂规律等,对于冰区航行船只运行安全及航区冰情变化的监测有着重要作用。本文采用数值模拟的方法,对波浪与海冰的相互作用问题进行研究,分别开展两种典型状态下的海冰,即浮冰和冰盖在波浪中的动力学规律研究。基于流体动力学软件,模拟波浪与浮冰相互作用。首先,构建了数值波浪水槽模型,对数值水槽的造波与消波过程进行模拟,并将数值波形与理论波形进行比较,验证了数值水槽造波与消波的准确性。基于此模型,建立波浪与海冰的流固耦合模型。对于浮冰而言,将其简化成刚性浮体,构建了浮冰与造波水槽的数值模型,并将数值模拟结果与实验数据及对应的理论公式进行比较,验证了数值模拟的有效性,在此基础上,研究了浮冰在不同波浪载荷下的运动响应以及不同浮冰要素对波浪传递影响;对于冰盖而言,将其简化为一端刚性固定,一端自由的悬臂梁模型,分别构建了刚性冰盖和弹性冰盖的数值模型,对比了刚性冰盖和弹性冰盖边界所受到的外力与最大弯曲应力,得出不同冰盖模型在波浪中的动力学特性,有望从外载荷角度为冰区船舶航行与海洋结构物的设计提供参考。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U661.3
【部分图文】：

而非单一的冰载荷或者水载荷。冰区海域及高纬度地区海港，尤其在冬季??时节，都会发生冰冻现象，海水冻结而形成大面积固定冰，在大幅波浪、风和流??的作用下可能发生变形与断裂形成浮冰，如图１．１所示，冰水域中浮冰形状各异，??水平截面为三角形和不规则多边形的浮冰居多，在洋流及波浪作用下在沿岸海域??堆积，并随波发生漂移运动，堵塞航道或者港口停泊处，还会与停靠船只发生碰??撞，具有安全隐患。??１??

水面的方向，波高范围等分１５个网格，在波高范围外，距离自由液面越远，网??格沿ｚ方向过渡稀疏；对于水平方向，保证一个波长范围内具有８０个网格，从??而满足计算精度要求，如图２．２和图２．３所示。此次数值水槽约有１０３万网格数。??１２??

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本文编号：2890169