流体黏性对受迫振荡水平圆柱受力的影响

发布时间：2021-07-08 17:08

　　【目的】准确预测显著黏性效应下结构物所受流体作用力。【方法】采用有限体积（FVM）方法构建两相流数值波浪水槽模型。首先,通过半潜水平圆柱受波浪力数值结果与前人实验数据的对比,验证数值模型的准确性。其次,对不同流体黏性下,受迫振荡淹没水平圆柱上的流体作用力进行数值计算,通过黏性流结果和势流结果的对比,分析流体黏性对圆柱受力的影响特征。最后,通过将黏性流和势流理论压力结果对比,并结合对圆柱周围黏性涡量场分布特征分析,解释不同流体黏性下,黏性流与势流结果之间出现差异的原因。【结果】在不同流体黏性条件下,圆柱所受各倍频流体作用力均出现一定程度上的差别,表明流体黏性的影响明显。【结论】相比势流理论,采用黏性流理论对受迫振荡水平圆柱受力的影响的研究更为准确。 

【文章来源】：广东海洋大学学报. 2020,40(04)

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

边界条件

为了验证数值波浪水槽模型对结构物受流体作用力计算的准确性，根据Dixon等[15]的实验室物理模型试验，并参考前人[16-17]相关数值计算的设置，对半浅固定水平圆柱上垂向波浪力进行计算和对比验证，本研究的验证计算设置示意如图2所示。r为水平圆柱半径，设置为0.125 m;d为水深，设置为1.0 m，初始时刻轴心至于静水面处。速度边界的造波理论采用五阶Stokes波浪理论，波浪周期为1.646 s；波幅设置为0.125 m。圆柱水平位置，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。2.2 波浪力验证对比

图3为采用本文数值模型计算获得的圆柱所受垂向波浪力数值结果与Dixon等[15]实验数据的对比情况。图中，无量纲垂向波浪力用Fz/(ρgπr2)表示，时间的无量纲形式表示为t/T(T为入射波周期），考察一个周期内垂向波浪力的时间历程对比情况。通过观察可知，本研究数值结果与前人实验数据总体上吻合良好，这表明，该数值模型对结构物受力计算具有良好的准确性。3 振荡圆柱上各倍频流体作用力

【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)
[4]完全非线性深水波的数值模拟[J]. 周斌珍,宁德志,滕斌,宋伟华.  海洋学报(中文版). 2011(01)



本文编号：3271985