波浪作用下网衣结构承受载荷研究
发布时间：2021-06-09 15:08
为了研究波浪作用下渔业养殖装备的网衣受到的载荷,并探讨主要的影响因素。采用屏模型对网衣进行了数值计算,分别应用线性波理论和2阶斯托克斯波理论计算流体质点速度和加速度,并考虑自由表面变化对网衣载荷的影响。为了验证数值方法,对不同密实度网衣进行了水槽试验。结果表明,屏模型计算得到的网衣波浪载荷和试验吻合较好,2阶斯托克斯波理论计算得到的波浪水平力峰值比线性波理论计算的精度更高。网衣密实度对网衣受到的波浪载荷具有较大影响,特别是在长周期波情况,影响更为显著。
【文章来源】：中国造船. 2020,61(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
典型深远海（a）海洋渔场
61卷第2期（总第234期）苗玉基，等：波浪作用下网衣结构承受载荷研究213（a）速度分解（b）作用力分解图3网衣受力示意图网衣受到的水动力可分解为沿流体运动方向的阻力DF和垂直于流体运动方向的升力LF，也可以分解为沿网衣法向的法向力NF和沿网衣切向的切向力TF。这两种分解方式都能描述网衣的受力，它们的系数存在如下关系：DNTCCcosCsin（12）LNTCCsinCcos（13）式中，DC为阻力系数，LC为升力系数，NC为法向力系数，TC为切向力系数，这些系数与密实度、雷诺数等有关；为流体质点运动方向与网衣之间的夹角。Kristiansen和Faltinsen基于试验结果，得到了适用于密实度nS0.5的网衣法向力系数的经验公式[9]：circ.cylDnn2N2n2πcos,0214CSSCS（14）式中，circ.cylDC是由试验结果回归得到的关于雷诺数Re的7阶经验公式：23circ,cylD10101045671010101078.46675254.73873log327.8864log223.64577log87.92234log20.00769log2.44894log0.12479logCReReReReReReRe（15）雷诺数的计算公式如下：wreln1dURevS（16）在计算得到NC后，可由下式得到切向力系数TC：TNN4π,084CCC（17）将NC和TC代入式（12）和式（13），即可得到阻力系数和升力系数，进而计算网衣受到的阻力DF和升力LF：2DDrelD12FCAUn（18）2LLrelL12FCAUn（19）式
214中国造船学术论文relenrelLrelenrelUnUnUnU（21）式中，enn为网衣单元的法向量。在数值计算中需对每一时间步求解网衣与流体质点间相对速度，以及网衣法向量与流体质点速度的夹角，进而求解法向力和切向力方向向量。2波浪水槽试验在上海交通大学波浪水槽进行了网衣试验。采用实际工程应用的网衣原型，材料为超高分子聚乙烯。用3种不同密实度的网衣进行试验，网衣参数如表1所示。网衣在波浪水槽中的布置如图4所示，图5所示为第二种密实度网衣在规则波中的试验。波浪水槽总长52m，工作段长46m，宽0.8m，高1.2m，试验水深0.6m。水槽一端为造波机，在另一端设置消波坡和消波块。采用刚性框架固定网衣，网衣到造波机的距离为20m，在网衣前后1m处各设置1个浪高仪，如图4所示。在刚性框架顶端布置有三分力传感器，用来测量网衣受到的波浪力。波浪周期取为1.0~2.0s，间隔为0.2s，波高为0.06~0.15m。表1网衣参数参数孔隙率密实度线径/mm网目/mmNo.10.6600.3403.0016.00No.20.7560.2443.0023.00No.30.8710.1295.0075.00图4波浪水槽中网衣布置图图5网衣试验3结果与讨论3.1孔隙率对波浪力的影响试验结果表明网衣受到的波浪水平力要远大于竖向力，这与其他学者的研究结果基本一致[12-13]。ForceTransducer1.14mG1G2Net1m1m20m26mSpongerZone
【参考文献】：
期刊论文
[1]固定方式对桩柱式围网网片波浪力学特性影响研究[J]. 桂福坤,陈天华,赵云鹏,董国海. 大连理工大学学报. 2017(03)
[2]平面网衣周围流场的三维数值模拟[J]. 赵云鹏,毕春伟,董国海,李玉成. 水动力学研究与进展A辑. 2011(05)
本文编号：3220807
【文章来源】：中国造船. 2020,61(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
典型深远海（a）海洋渔场
61卷第2期（总第234期）苗玉基，等：波浪作用下网衣结构承受载荷研究213（a）速度分解（b）作用力分解图3网衣受力示意图网衣受到的水动力可分解为沿流体运动方向的阻力DF和垂直于流体运动方向的升力LF，也可以分解为沿网衣法向的法向力NF和沿网衣切向的切向力TF。这两种分解方式都能描述网衣的受力，它们的系数存在如下关系：DNTCCcosCsin（12）LNTCCsinCcos（13）式中，DC为阻力系数，LC为升力系数，NC为法向力系数，TC为切向力系数，这些系数与密实度、雷诺数等有关；为流体质点运动方向与网衣之间的夹角。Kristiansen和Faltinsen基于试验结果，得到了适用于密实度nS0.5的网衣法向力系数的经验公式[9]：circ.cylDnn2N2n2πcos,0214CSSCS（14）式中，circ.cylDC是由试验结果回归得到的关于雷诺数Re的7阶经验公式：23circ,cylD10101045671010101078.46675254.73873log327.8864log223.64577log87.92234log20.00769log2.44894log0.12479logCReReReReReReRe（15）雷诺数的计算公式如下：wreln1dURevS（16）在计算得到NC后，可由下式得到切向力系数TC：TNN4π,084CCC（17）将NC和TC代入式（12）和式（13），即可得到阻力系数和升力系数，进而计算网衣受到的阻力DF和升力LF：2DDrelD12FCAUn（18）2LLrelL12FCAUn（19）式
214中国造船学术论文relenrelLrelenrelUnUnUnU（21）式中，enn为网衣单元的法向量。在数值计算中需对每一时间步求解网衣与流体质点间相对速度，以及网衣法向量与流体质点速度的夹角，进而求解法向力和切向力方向向量。2波浪水槽试验在上海交通大学波浪水槽进行了网衣试验。采用实际工程应用的网衣原型，材料为超高分子聚乙烯。用3种不同密实度的网衣进行试验，网衣参数如表1所示。网衣在波浪水槽中的布置如图4所示，图5所示为第二种密实度网衣在规则波中的试验。波浪水槽总长52m，工作段长46m，宽0.8m，高1.2m，试验水深0.6m。水槽一端为造波机，在另一端设置消波坡和消波块。采用刚性框架固定网衣，网衣到造波机的距离为20m，在网衣前后1m处各设置1个浪高仪，如图4所示。在刚性框架顶端布置有三分力传感器，用来测量网衣受到的波浪力。波浪周期取为1.0~2.0s，间隔为0.2s，波高为0.06~0.15m。表1网衣参数参数孔隙率密实度线径/mm网目/mmNo.10.6600.3403.0016.00No.20.7560.2443.0023.00No.30.8710.1295.0075.00图4波浪水槽中网衣布置图图5网衣试验3结果与讨论3.1孔隙率对波浪力的影响试验结果表明网衣受到的波浪水平力要远大于竖向力，这与其他学者的研究结果基本一致[12-13]。ForceTransducer1.14mG1G2Net1m1m20m26mSpongerZone
【参考文献】：
期刊论文
[1]固定方式对桩柱式围网网片波浪力学特性影响研究[J]. 桂福坤,陈天华,赵云鹏,董国海. 大连理工大学学报. 2017(03)
[2]平面网衣周围流场的三维数值模拟[J]. 赵云鹏,毕春伟,董国海,李玉成. 水动力学研究与进展A辑. 2011(05)
本文编号：3220807
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