基于粘性流理论的水平圆柱上波浪力数值研究

发布时间：2024-06-10 18:52

　　随着对海洋资源的开发逐渐向深海海域发展,深海中工程结构物的水动力特性已成为海洋工程领域的热门问题。水平圆柱结构广泛应用于海洋工程中,准确的预测水平圆柱结构上的波浪力是安全性研究的重要课题。在大幅波浪作用下或强迫振荡下,水平圆柱结构上的流体作用力会受到粘性效应的影响。在对波浪力进行预测时,还需要考虑波浪的冲击作用。此外,此类问题还涉及到复杂的自由面问题。采用传统的势流理论对上述这些问题进行研究的准确性难以得到保障。因此,基于粘性流理论对水平圆柱结构上波浪力问题进行研究具有重要意义。基于上述背景,本文应用粘性流数值波浪水槽模型对淹没水平圆柱上波浪力、非完全淹没水平圆柱上波浪力和淹没水平圆柱强迫振荡下受力问题开展了数值计算研究,揭示了粘性效应的机理,提出了波浪力以及冲击力的预测方法。首先,本文基于OpenFOAM开源平台,建立了粘性流数值波浪水槽。数值模型以Navier-Stokes方程作为基本控制方程对流体运动进行描述,采用Finite Volume Method(FVM)方法进行数值离散,Renormalization-group(RNG)模型进行湍流封闭,Volume ofFluid(...

【文章页数】：174 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１海洋工程中的水平圆柱结构??

水平圆柱结构是海洋工程结构中经常使用的重要结构，如采油平台导管架中的水平??圆柱体结构、水产养殖网箱中的水平圆柱结构和复合式防波堤中的水平圆柱柱结构等，??如图１．１所示。随着海洋油气开采、渔业养殖和港口建设的发展，海洋工程结构物在流??体作用下的安全性是工程设计需要考虑的首要问....

图２．１空间离散示意图??

?ＦＶＭ方法的空间离散是将整个计算域划分为连续的且不重合的有限单元体，离散后的??计算域示意图如图２．１所示。??％、．??．丨?ｍｍＷｍ??＇、、－奴?Ｓｐａｃｅ?ｃｌｏｍａｉｉｉ??：ｐ??图２．１空间离散示意图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｄｉｓｃｒｅｔｉｚａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ....

图２．２有限体积离散参量定义??Ｆｉ．?２２?Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｉｎ?ｆｉｎｉｔｅ?ｖｏｌｕｍｅ?ｄｉｓｃｒｅｔｉｚａｔｉｏｎ??

?ＦＶＭ方法的空间离散是将整个计算域划分为连续的且不重合的有限单元体，离散后的??计算域示意图如图２．１所示。??％、．??．丨?ｍｍＷｍ??＇、、－奴?Ｓｐａｃｅ?ｃｌｏｍａｉｉｉ??：ｐ??图２．１空间离散示意图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｄｉｓｃｒｅｔｉｚａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ....

图２．４自由面中修正区示意图??Ｆ．２．ｍｅｃａｌｃｏｒｒｅｔｏｎ?ｚｏｎｎｎｅｒ

用在自由面区域内加入修正区的方法来解决上述问题。为了避免气相单元和自由面区域??单元之间较大速度梯度对自由表面形态的影响，将一个数值修正区嵌入自由表面区域??内，其位置贴近气相区域，如图２．４所示。??Ａｉｒ?Ｐｈａｓｅ?（ａ?＝?０）??Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ?Ｚｏｎｅ?（０?＜....

本文编号：3991758