吃水对双箱体窄缝间水体共振特性影响研究

摘要

进入21世纪以来，人类对大自然资源的获取方式逐渐从粗放型到集约型，获取途径也逐渐从陆地转向海洋，从近海转向深海。并排大型浮体相互作业在获取资源的道路上发挥着重大的作用。这些大型浮体往往由很多小型浮体组成，这些小型浮体之间会有窄缝存在，在特定条件的波浪作用下，这些窄缝内的水体会产生很大的波高，结构物所受到的荷载也会增大，同时窄缝内的水体粘性效应在波物作用过程也不可忽略。因此并排作业浮体间窄缝内水体共振问题对工程作业安全有很大影响，近年来引起广大学者的兴趣和重视，但大多研究还都局限于各个浮体载重（即，吃水）相同以及形状简单规则的浮体情况。而实际海洋工程中，通常是不同载重、截面形状不规则船体并排作业。所以本文采用数值模拟和物理模型试验开展浮体吃水对窄缝内水体共振特性影响的研究。
　　首先，传统的势流理论模型的局限性在于无法对窄缝内的最大波高进行准确模拟，因为它忽视了窄缝间流体的粘性耗散。本文在势流理论的基础上，采用改进的高阶边界元方法建成了完全非线性数值水槽模型来研究吃水对双箱体窄缝间水体共振现象的影响规律。采用源造波的方法生成规则波，自由表面满足完全非线性的运动学和动力学边界条件。在计算域的两侧各设置一阻尼层来吸收出流波浪避免反射波浪的影响。在窄缝间自由水面上设置一人工阻尼来近似由于流体的涡旋脱落和流动分离而引起的粘性耗散。
　　其次，在大连理工大学波流水槽内开展二维模型试验，与数值计算成果对比。确定出数值模型中窄缝间的流体人工阻尼系数。进而通过实验和数值方法来研究浮体吃水对窄缝内的水体共振特性（共振频率和共振波高）的影响规律，对窄缝间流体粘性效应的影响规律，以及对箱体迎浪侧波高和背浪侧波高的影响规律。本文同时对波浪的传播方向所造成的影响也进行了相应的研究。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 本文的主要研究工作

2 数值方法

2.1 控制方程和自由水面边界条件

2.2 初始条件和固体边界条件

2.3 时域高阶边界元方法

2.4 时间积分过程——四阶Runge-Kutta法

2.5 小结

3 模型实验

3.1 实验设置与布置

3.2 实验参数设置和数据采集与处理

3.3 小结

4 结果分析

4.1 模型验证

4.2 吃水（箱体吃水相同）对窄缝间水体特性的影响

4.3 背浪侧箱体的吃水对窄缝间水体特性的影响

4.4 迎浪侧箱体的吃水对窄缝间水体特性的影响

4.5 波浪传播方向的影响

4.6 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢