两层流体中潜浮式结构物的水动力特性研究

摘要

本文研究具有自由面的两层流体中潜浮式结构物的水动力特性问题。海洋中，由于温度和盐度跃层的存在，而导致密度跃层的存在。在密度跃层中，当有海水扰动时，通常会产生海洋内波。内波会引起很多有趣的水动力现象，如死水效应和窄V形尾迹等。内波的振幅通常很大，对海洋平台和潜艇等结构物的安全性会有很大的影响。因此，对于两层流体中潜浮式结构物的水动力特性问题的研究,不仅具有重要的学术意义，而且在国民经济建设和国防建设中也有着重要的实际应用意义。 在回顾和总结了目前国内外研究进展的基础上，本文就具有自由面的两层流体中潜浮式结构物的水动力特性问题，进行了以下几方面的研究工作： 在第二章中，研究了有限深两层流体中潜浮式水平圆柱体的水动力特性问题，建立了基于势流理论的多极展开理论，提出了水平圆柱体在两层流体中水波的辐射和绕射势的解析计算方法。基于所建立的求解模型，对两层流体中振荡水平圆柱体的附加质量和阻尼系数,以及作用在圆柱潜体上的波浪力进行了数值计算分析。同时,还分析了下层流体深度对圆柱体附加质量及阻尼系数的影响，并对水平圆柱体振荡产生的自由面和内界面位移场,以及流域内绕射速度矢量场进行了数值分析。 在第三章中，研究了有限深两层流体中潜浮式球体的水动力特性问题，将前一章中的多极展开理论推广到了三维的情况，提出了球体潜浮于两层流体中水波辐射和绕射势的解析计算方法。基于所建立的求解模型，对两层流体中潜浮式球体的附加质量和阻尼系数，以及作用在球体上的波浪力进行了数值计算分析，并对球体振荡运动产生的自由面与内界面位移场，以及流域内辐射和绕射势速度矢量场进行了数值分析。