自由双浮体间狭缝水动力共振的强非线性分析

摘要

随着时代的发展，人们越来越关注广阔的海洋中含有的丰富生物资源和矿产资源。采集、运输和加工是利用海洋资源的必要环节，在入射波的影响下，海上浮式生产储存装卸设备（FPSO）与液化天然气船（LNG）之间可能会出现波浪破碎、水花飞溅等强非线性水动力共振现象。当发生共振时，波面抬高急剧增大，对储油设备和运输船舶造成巨大的波浪力。本文旨在研究这种现象，揭示狭缝水动力共振发生的机理，指导实际的工程应用。
　　本文基于CIP（Cubic interpolation polynomial）方法，利用THINC（Tangent of hyperbola for interface capturing）方法、虚拟粒子法等数值模拟技术，建立了二维不可压缩粘性流数值波浪水池。验证了数值水池的质量守恒特性、消波性能，利用数值水池中波高仪测得的自由液面波形验证了数值水池能模拟产生和传播线性波。在数值水池中设置斜坡，利用Tecplot动画和波高仪所得波高验证数值水池能够模拟强非线性现象。
　　基于以上自编程技术建立的数值波浪水池对固定双浮体模型进行了计算和模拟，分别单独改变浮体吃水和狭缝宽度，将得到的结果同实验结果、数值模拟结果进行比较，结果表明：在入射波的影响下，固定双浮体模型的狭缝处会出现波浪共振现象，共振频率受到狭缝宽度和浮体吃水的影响，共振发生时狭缝处波面急剧抬高，双浮体受水平方向、垂直方向波浪力也会有剧烈变化。
　　建立并计算自由运动双浮体模型，改变自由双浮体间狭缝宽度，将得到的结果同固定双浮体模型结果比较，结果表明：在入射波的影响下，自由双浮体模型的狭缝处会出现波浪共振现象，共振频率受到狭缝宽度的影响；共振发生时狭缝处波面急剧抬高，双浮体受水平方向、垂直方向波浪力也会有剧烈变化。自由双浮体模型得到的狭缝处波面抬高和浮体受力最大值小于固定双浮体模型。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容

第2章 数值波浪水池的建立

2.1 控制方程

2.2二维数值波浪水池的建立

2.3二维数值波浪水池的求解

2.4本章小结

第3章 数值水池的验证

3.1数值水池质量守恒的验证

3.2数值水池消波性能的验证

3.3 验证数值水池能产生和传播线性波

3.4验证数值水池能模拟强非线性现象

3.5本章小结

第4章 固定双浮体狭缝水动力共振现象研究

4.1固定双浮体间狭缝波高研究

4.2狭缝宽度对固定双浮体受力影响

4.3浮体吃水对固定双浮体受力影响

4.4本章小结

第5章 自由双浮体间狭缝水动力现象研究

5.1狭缝宽度对狭缝处平均波高的影响

5.2狭缝宽度对浮体水平受力的影响

5.3狭缝宽度对浮体垂直受力的影响

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢