近水面水平圆柱在波浪作用下的水动力系数

发布时间：2021-07-21 07:44

　　【目的】研究大幅非线性波浪作用下近水面水平圆柱上波浪力和水动力系数的特征。【方法】基于黏性流理论和有限体积方法开发数值波浪水槽模型,分析入射波波幅和波频率对波浪力特征的影响,提出可以考虑圆柱完全暴露于空气情况的改进Morison方程,通过大量的数据拟合得到水动力系数,并讨论改进的Morison方程对波浪力预测的适用性。【结果】圆柱上波浪力随波幅和频率增大逐渐增大,而由于浮力占重要比例,正垂向力受波频率的影响并不显著;所得近水面水平圆柱惯性力系数和速度力系数最大值比淹没圆柱在线性波浪作用下的水动力系数大。【结论】所提出改进的Morison方程对波浪力的预测有较好的适用性。 

【文章来源】：广东海洋大学学报. 2020,40(04)

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

边界条件

式中，F、Fi、Fd、Fb分别为总波浪力，惯性力，速度力和浮力，下标x和z表示水平分量和垂向分量；Cm和Cd分别为惯性力和速度力系数；V(t)为圆柱在任意时刻淹没体积，V0为圆柱初始时刻淹没体积；A(t)为任意时刻圆柱淹没部分的速度投影面积。在波浪波幅和波长相对于圆柱尺度较大条件下，简化波浪与圆柱作用的几何关系，如图2所示。将结构附近自由面简化为一条水平线，有如下几何关系：自由面高度可表示为

为了验证数值模型准确性，以经典物理问题“淹没水平圆柱上的波浪力”进行数值验证。参考Chaplin[4]的物理实验，验证计算的计算域和参数设置如图3所示。图中，r为圆柱半径，S为圆柱淹没深度，即圆柱轴心距静水面距离，d为水深，L为入射波波长。圆柱半径为5.1 cm,水深为0.80 m，圆柱的淹没深度为0.255 m。圆柱轴心所在水平方向位置，松弛区I和松弛区II的长度均根据入射波波长L的一定比例进行设置：圆柱位置距离造波和消波区分别为1.65 L和4.0 L，造波和消波区长度分别设置为2.5 L和3.0 L。以5阶Stokes理论[22]为造波理论生成入射波，周期考虑为T=1.20 s，选择多个入射波波幅。2.2 波浪力验证对比

【参考文献】：
期刊论文
[1]非完全淹没水平圆柱上波浪力特征的数值模拟[J]. 毛鸿飞,陈洪洲.  水科学进展. 2019(05)
[2]基于黏性流理论对平板受波浪冲击的两相流数值研究[J]. 毛鸿飞,李芳成,吴光林,严谨.  广东海洋大学学报. 2019(04)
[3]Viscous Effects on Wave Forces on A Submerged Horizontal Circular Cylinder[J]. TENG Bin,MAO Hong-fei,LU Lin.  China Ocean Engineering. 2018(03)

博士论文
[1]基于粘性流理论的水平圆柱上波浪力数值研究[D]. 毛鸿飞.大连理工大学 2018



本文编号：3294617