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自由双浮体间狭缝水动力共振的强非线性分析

发布时间:2019-06-27 19:05
【摘要】:随着时代的发展,人们越来越关注广阔的海洋中含有的丰富生物资源和矿产资源。采集、运输和加工是利用海洋资源的必要环节,在入射波的影响下,海上浮式生产储存装卸设备(FPSO)与液化天然气船(LNG)之间可能会出现波浪破碎、水花飞溅等强非线性水动力共振现象。当发生共振时,波面抬高急剧增大,对储油设备和运输船舶造成巨大的波浪力。本文旨在研究这种现象,揭示狭缝水动力共振发生的机理,指导实际的工程应用。本文基于CIP(Cubic interpolation polynomial)方法,利用THINC(Tangent of hyperbola for interface capturing)方法、虚拟粒子法等数值模拟技术,建立了二维不可压缩粘性流数值波浪水池。验证了数值水池的质量守恒特性、消波性能,利用数值水池中波高仪测得的自由液面波形验证了数值水池能模拟产生和传播线性波。在数值水池中设置斜坡,利用Tecplot动画和波高仪所得波高验证数值水池能够模拟强非线性现象。基于以上自编程技术建立的数值波浪水池对固定双浮体模型进行了计算和模拟,分别单独改变浮体吃水和狭缝宽度,将得到的结果同实验结果、数值模拟结果进行比较,结果表明:在入射波的影响下,固定双浮体模型的狭缝处会出现波浪共振现象,共振频率受到狭缝宽度和浮体吃水的影响,共振发生时狭缝处波面急剧抬高,双浮体受水平方向、垂直方向波浪力也会有剧烈变化。建立并计算自由运动双浮体模型,改变自由双浮体间狭缝宽度,将得到的结果同固定双浮体模型结果比较,结果表明:在入射波的影响下,自由双浮体模型的狭缝处会出现波浪共振现象,共振频率受到狭缝宽度的影响;共振发生时狭缝处波面急剧抬高,双浮体受水平方向、垂直方向波浪力也会有剧烈变化。自由双浮体模型得到的狭缝处波面抬高和浮体受力最大值小于固定双浮体模型。
[Abstract]:With the development of the times, people pay more and more attention to the rich biological and mineral resources in the vast ocean. Acquisition, transportation and processing are necessary links for the utilization of marine resources. Under the influence of incident waves, strong nonlinear hydrodynamic resonance phenomena such as wave breakage, water splashing and other strong nonlinear hydrodynamic resonance may occur between the floating production, storage and loading equipment (FPSO) and the liquefied natural gas ship (LNG). When resonance occurs, the wavefront elevation increases sharply, which causes great wave force to oil storage equipment and shipping ships. The purpose of this paper is to study this phenomenon, to reveal the mechanism of hydrodynamic resonance in slit, and to guide the practical engineering application. In this paper, based on CIP (Cubic interpolation polynomial) method, THINC (Tangent of hyperbola for interface capturing) method, virtual particle method and other numerical simulation techniques, a two-dimensional incompressible viscous flow numerical wave pool is established. The mass conservation characteristics and wave elimination performance of the numerical pool are verified. The free liquid level waveform measured by the wave altimeter in the numerical pool is used to verify that the numerical pool can simulate the generation and propagation of linear waves. The slope is set up in the numerical pool, and the wave height obtained by Tecplot animation and wave altimeter is used to verify that the numerical pool can simulate the strong nonlinear phenomenon. The numerical wave pool based on the above self-programming technique is used to calculate and simulate the fixed double floating body model. The draft and slit width of the floating body are changed separately, and the results are compared with the experimental results and the numerical simulation results. The results show that under the influence of incident waves, the wave resonance phenomenon will appear at the slit of the fixed double floating body model, and the resonance frequency will be affected by the slit width and floating body draught. When resonance occurs, the wavefront at the slit rises sharply, and the wave force in the vertical direction will also change dramatically when the double floating body is subjected to horizontal direction. The free moving double floating body model is established and calculated, and the slit width between the free double floating bodies is changed. The results are compared with those of the fixed double floating body model. The results show that under the influence of incident wave, the wave resonance phenomenon will appear at the slit of the free double floating body model, and the resonance frequency will be affected by the slit width. When resonance occurs, the wavefront at the slit rises sharply, and the wave force in the vertical direction will also change dramatically when the double floating body is subjected to horizontal direction. The maximum wavefront elevation at the slit and the maximum force on the floating body obtained by the free double floating body model are smaller than those obtained by the fixed double floating body model.
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:P752;P731.2

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本文编号:2507059

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