多潜体诱发高阶谐波特性的数值和实验模拟研究

发布时间：2020-06-29 18:27

【摘要】：潜体是十分常见的海洋工程结构物,这种结构的优点在于经济性好,对海岸地形的要求不高,保证港内外水体交换以及保持海岸景观的完整性。实际工程中,潜体往往可能是多个同时存在的,如海底暗礁,石油、天然气输送管道等设施,应用十分广泛。波浪与多潜体作用,由于潜体上方水深变化,浅水效应增强,产生了高阶谐波,波能由低频传入高频成分当中,波浪的能量谱发生了改变。随着波浪继续传播至第一个潜体下游,水深突然增大,部分高阶谐波由锁定波转换为自由波,这些高阶谐波会传播至下游的潜体继续作用,此时高阶谐波又会产生一些新的特性,这是本文关注的重点。这些经过多潜体作用的自由波可能对船舶通航造成困难,并且还有可能对海岸建筑物、岸线等造成破坏,因此,对多潜体诱发的高阶谐波特性进行研究是十分必要的。本文基于势流理论和时域高阶边界元方法建立了完全非线性二维数值水槽模型,模拟波浪与多潜体系统作用问题。自由表面满足完全非线性运动学和动力学边界条件,数值水槽两端分别布置阻尼层消除反射对计算结果的影响,运用混合欧拉-拉格朗日方法对数值水槽中自由表面流体质点追踪,采用四阶龙格-库塔(Runge-Kutta)法作为时间步进方法计算下一时间步的瞬时波面和速度势,采用两点法分离高阶锁定波和自由波。此外,为了验证模型准确性,还在波浪水槽内开展物理模型实验进行验证和探究,对淹没多圆柱和多台阶系统下游高阶谐波特性进行了研究。通过与多篇文献中的实验结果、数值结果及本文实验结果的对比可知,本文数值模型可以准确模拟规则波与多潜体系统的相互作用问题。本文首先对波浪与单个潜体的相互作用进行了研究,重点考虑了淹没水深、潜体尺寸以及水深等因素对潜体下游的高阶谐波特性的影响。然后利用数值模型计算与物理模型实验两种手段,对多个潜体同时存在时结构下游高阶谐波特性进行了研究。以淹没水平圆柱和淹没台阶两种结构型式为代表,主要分析了强非线性条件下多潜体后高阶自由波幅值随不同结构型式、布置形式、间距等因素的变化规律。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV139.2

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本文编号：2734184