【摘要】：小尺度浮管結(jié)構(gòu)為海洋工程中的基本組成單元,廣泛存在于各種海洋工程設(shè)施中,但其在波浪下的水動力特性一直存在較大的爭議。為此,本文對固定桿件的水動力系數(shù)選取和雙浮管結(jié)構(gòu)筏式養(yǎng)殖系統(tǒng)的運動特性和受力特性做了研究。對于固定桿件,本文主要利用了垂直杠桿原理,設(shè)計新型的試驗裝置,提取了浮管在水流及波浪下的受力曲線,基于Morison方程,分析計算了不同波浪要素下的水動力系數(shù)CD和CM取值以及系數(shù)隨波浪相角的變化規(guī)律。定義分析了新的波高參數(shù)KH,周期參數(shù)KT,對小尺度浮管結(jié)構(gòu)在波浪下的水動力系數(shù)進(jìn)行了全面的分析。結(jié)果表明,當(dāng)認(rèn)為水動力系數(shù)與波浪相角無關(guān)時,波高參數(shù)KH、周期參數(shù)KT、雷諾數(shù)Re均對水動力系數(shù)的取值有較顯著影響:CD、CM整體隨波高KH呈冪指數(shù)衰減;CD、CM整體隨著波周期KT的增大亦呈衰減趨勢;相同波高條件下,CM隨Re數(shù)增大而增大,而CD值相對穩(wěn)定。研究表明,水動力系數(shù)與波浪相角有密切聯(lián)系:CD基本呈“U”字形變化;CM呈現(xiàn)周期性三角函數(shù)的變化規(guī)律,可由波浪的一倍頻和二倍頻三角函數(shù)與常數(shù)項疊加而成。最后本文給出了波浪條件下水動力系數(shù)CD和CM的經(jīng)驗計算公式。對于雙浮管結(jié)構(gòu)的筏式養(yǎng)殖系統(tǒng),本文通過模型試驗,利用CCD圖像采集系統(tǒng)和受力采集系統(tǒng)獲得了不同波要素及布設(shè)角度下的運動和動力學(xué)響應(yīng)。研究了波浪參數(shù)、負(fù)重等對運動和動力響應(yīng)的影響。結(jié)果表明,波高的增加使得管筏受力、垂直幅值線性增大,且迎波面增大速率較背波面迅速;周期的增大使得管筏傾角略有減小,大周期的波浪使迎波面和背波面錨定點的受力分布更均勻;負(fù)重重量的增加會導(dǎo)致系統(tǒng)的受力和水平幅值在整體上降低,但在個別周期下會導(dǎo)致受力和傾角的劇烈變化;管筏與波向呈60°、30°角時管筏錨定點拉力較大,0°角時刻拉力最小,在60°角時,拉力出現(xiàn)最大值。
[Abstract]:Small-scale floating pipe structure is a basic element in ocean engineering, which widely exists in various marine engineering facilities, but its hydrodynamic characteristics under waves have always been controversial. Therefore, the selection of hydrodynamic coefficients of fixed members and the kinematic and mechanical characteristics of raft culture system with double floating pipe structure are studied in this paper. For fixed members, this paper mainly uses the principle of vertical lever, designs a new type of test device, extracts the force curve of floating pipe under current and wave, and based on Morison equation, The values of hydrodynamic coefficients CD and CM under different wave elements and the variation law of coefficients with wave phase angle are analyzed and calculated. The new wave height parameter KH, periodic parameter KT, is defined and analyzed. The hydrodynamic coefficients of small scale floating pipe structures under waves are analyzed comprehensively. The results show that when the hydrodynamic coefficient is not related to the wave phase angle, The wave height parameter KH, period parameter KT, Reynolds number Re has significant influence on the value of hydrodynamic coefficient: the whole CD,CM decreases exponentially with the wave height KH, and the whole CD,CM decreases with the increase of wave period KT. Under the same wave height, the CM increases with the increase of Re number, but the CD value is relatively stable. The results show that the hydrodynamic coefficient is closely related to the wave phase angle: the CD is basically "U" shaped, and the CM presents the law of periodic trigonometric function, which can be superposed by the trigonometric function of the double frequency and the second frequency of the wave and the constant term. Finally, the empirical formulas for the hydrodynamic coefficients CD and CM of wave conditions are given. For the raft culture system with double floating pipe structure, the motion and dynamics responses of different wave elements and setting angles are obtained by using CCD image acquisition system and force acquisition system through model tests. The effects of wave parameters and load loading on motion and dynamic response are studied. The results show that with the increase of wave height, the vertical amplitude increases linearly, and the increasing rate of the front wave surface is faster than that of the back wave surface, and the inclined angle of the tube raft decreases slightly with the increase of the period. The large period wave makes the stress distribution of the anchoring point on the front and back wave surface more uniform, and the increase of the weight will lead to the decrease of the system force and the horizontal amplitude, but it will lead to the violent change of the force and the inclination angle under the individual period, and the increase of the load weight will lead to the decrease of the force and the horizontal amplitude of the system as a whole. When the angle of the tube raft and the wave is 60 擄, when the angle of 30 擄is 30 擄, the tension of the anchor point of the tube raft is larger, the tension at 0 擄angle is the smallest, and when the angle is 60 擄, the maximum tensile force appears.
【學(xué)位授予單位】：浙江海洋學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P751;P731.2

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本文編號：2290167