基于VOF模型的平底结构等速入水砰击载荷研究

发布时间：2025-01-14 01:56

　　 水下生产装备等大型结构物在下放安装过程中,在穿越飞溅区阶段结构物底部将受到巨大的波浪砰击载荷。为了准确预测结构所能承受的临界波浪砰击载荷,以判断水下装备穿越飞溅区时是否存在潜在危险,通过重叠网格技术模拟二维平底结构等速冲击入水运动,基于有限体积法与VOF模型求解气液两相流动的雷诺时均方程,研究平底结构入水过程中砰击载荷特性,并对结构物入水过程中气液两相流动变化情况进行分析。分析结果表明:平板垂直等速入水时,结构受到的砰击压力随下放速度的增大而增大,所产生的峰值压力也逐渐增大;当平板具有横向移动速度时,不同横纵速度比对砰击压力的影响较小,砰击压力随时间的变化曲线基本相同,仅峰值压力略有差异;入水角度对平板落水时所受的砰击压力影响较大,当入水角度小于4°时,砰击压力随入水角度的增大而减小,当入水角度大于4°时,砰击压力随着入水角度的增大而增大,入水临界角度为4°;平底结构入水全过程中气液两相流动变化情况较为复杂,主要分为形成空气泡、产生气液射流及水面恢复稳定3个阶段。所得结论可为判断水下结构物能否安全穿越飞溅区提供指导。

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

图1 3 平板入水全过程气-液两相流动速度矢量图

图13展示了平板入水全过程中气液两相流体速度的变化规律。平板下落至水面附近过程中压缩空气在其下端面形成“空气泡”，“空气泡”在平板及水域的相互挤压下逐渐破碎，并沿着平板左右两侧往斜上方流动，在平板左、右上角位置形成空气旋涡，平板上方的空气垂直冲击其上端面。从平板上端面与水平面平齐....

图1 重叠网格示意图

与传统的动网格技术不同，重叠网格技术通过简化网格拓扑结构提高了网格适用性。采用重叠网格技术解决具有复杂边界条件的动网格问题(如结构冲击入水等)时，需把整个计算区域分为前景区域及背景区域(至少两个区域)，其中前景区域即固体结构位于的子区域。分别对各子区域网格进行离散，利用插值技术实....

图2 二维平底结构入水冲击模型

由于固体结构运动速度较低，所以将水及空气均可视为不可压缩流体，二维平板与流域的下部、左部及右部均设为无滑移壁面，流域上部边界条件为压力出口，其出口压力为标准大气压。2.3网格收敛性分析及数值计算验证

图3 数值计算网格划分

为保证数值计算网格的收敛性，笔者以平板垂直方向等速(速度1.0m/s)入水作为分析案件，分别建立3种不同的网格尺寸(0.6、0.5和0.4m)分析模型，监测平板底面受到的砰击压力随时间的变化情况。图3为网格尺寸0.4m时的网格划分图。图4为3种不同网格尺寸下结构物等速入水冲击....

本文编号：4026233