规则波作用下开孔圆盘阵列绕射效应研究

摘要

在势流理论和线性波理论的假设下,运用特征函数展开法和贝塞尔函数加法理论,研究了规则波作用下开孔圆盘阵列的绕射效应。阵列中每个圆盘都是刚性、开孔的,固定在静水面以下,其厚度相对于入射波波长可以忽略,且通过其表面的流体运动满足达西定律。根据推导出的速度势,进一步得到圆盘的垂荡力和流场的自由表面高程解析表达式。利用该解析解与已发表的孤立圆盘计算结果进行验证;分析了四盘阵列在各种波浪和结构参数下的绕射现象。研究表明:当圆盘开孔率、吃水深度及入射波波长在一定范围内时,圆盘阵列内部将发生显著的相互作用现象,主要表现为迎浪侧圆盘对背浪侧圆盘的遮蔽效应。在特定的入射波波数下,选择适当的四盘阵列圆盘间距,最大可将背浪侧圆盘垂荡力降低至迎浪侧圆盘的76%。同时还发现,四盘阵列中,迎浪侧圆盘上可能发生波能聚焦现象,引起自由表面高程的急剧增大,但这种波能聚焦现象会随着圆盘开孔率的增大而逐渐减弱。