内孤立波环境下柱体的受力特性

发布时间：2024-05-18 00:55

　　针对以往孤立波对柱体作用研究多只针对柱体的整体受力开展,少有研究精细获取柱体不同部位受力特性的问题,借助三维大涡模拟(LES)数值波浪水槽,通过提取柱周流场及压强分布,得到柱体所受压差阻力及黏滞力的垂向分布,对柱体在孤立波环境中的受力特性进行了分析,并采用多元线性回归分析,构造综合影响参数分析了柱体受力特性,构建了柱体受力系数经验表达式。结果表明:上下层水体中方柱所受压差阻力约分别为圆柱的1.5倍和3.5倍;作用于柱体上的黏滞力比压差阻力小1或2个数量级,可忽略流体的黏性效应;综合影响参数与相对波幅正相关,与上下水深比负相关。

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【部分图文】：

图1圆柱压差阻力计算方法示意图

式中:θ为点压强P与x轴的夹角,(°),以逆时针为正;l为弧长,cm。基于微元法,可将式(8)离散为

图2方柱压差阻力的计算方法示意图

式中:fsj为作用在方柱截面第j(j=1,2,3,4)条边上的压力,N;Pi为方柱各边第i个微元上的压力,N;Δsi为第i个微元的边长,Δsi=4s/m=0.11cm(s为方柱周长,本文取s=10cm;m为方柱周长被等分数,本文取m=360)。1.5柱体黏滞力的求解方法

图3圆柱黏滞力计算方法示意图

式中:uτi为第i个微元上的切向速度,cm/s;?uτi?γ为切向速度的法向梯度,cm/(s·cm);μ为动力黏度,Pa·s,μ=νρ,其中ρ为流体密度。基于微元法,圆柱表面所受水平方向上的黏滞力fcτ为

图4方柱黏滞力计算方法示意图

如图4所示,沿用上述圆柱黏滞力的计算方法,可求得水深为y的截面方柱表面所受水平方向上的黏滞力fsτ:fsτ=fsτ2+fsτ4=∑i=190Δfsτi+∑i=190Δfsτi?????????(15)

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