【目的】研究大幅非線性波浪作用下近水面水平圓柱上波浪力和水動(dòng)力系數(shù)的特征�！痉椒ā炕陴ば粤骼碚摵陀邢摅w積方法開發(fā)數(shù)值波浪水槽模型,分析入射波波幅和波頻率對波浪力特征的影響,提出可以考慮圓柱完全暴露于空氣情況的改進(jìn)Morison方程,通過大量的數(shù)據(jù)擬合得到水動(dòng)力系數(shù),并討論改進(jìn)的Morison方程對波浪力預(yù)測的適用性。【結(jié)果】圓柱上波浪力隨波幅和頻率增大逐漸增大,而由于浮力占重要比例,正垂向力受波頻率的影響并不顯著;所得近水面水平圓柱慣性力系數(shù)和速度力系數(shù)最大值比淹沒圓柱在線性波浪作用下的水動(dòng)力系數(shù)大。【結(jié)論】所提出改進(jìn)的Morison方程對波浪力的預(yù)測有較好的適用性。 

【文章來源】：廣東海洋大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,40(04)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

邊界條件

式中，F(xiàn)、Fi、Fd、Fb分別為總波浪力，慣性力，速度力和浮力，下標(biāo)x和z表示水平分量和垂向分量；Cm和Cd分別為慣性力和速度力系數(shù)；V(t)為圓柱在任意時(shí)刻淹沒體積，V0為圓柱初始時(shí)刻淹沒體積；A(t)為任意時(shí)刻圓柱淹沒部分的速度投影面積。在波浪波幅和波長相對于圓柱尺度較大條件下，簡化波浪與圓柱作用的幾何關(guān)系，如圖2所示。將結(jié)構(gòu)附近自由面簡化為一條水平線，有如下幾何關(guān)系：自由面高度可表示為

為了驗(yàn)證數(shù)值模型準(zhǔn)確性，以經(jīng)典物理問題“淹沒水平圓柱上的波浪力”進(jìn)行數(shù)值驗(yàn)證。參考Chaplin[4]的物理實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證計(jì)算的計(jì)算域和參數(shù)設(shè)置如圖3所示。圖中，r為圓柱半徑，S為圓柱淹沒深度，即圓柱軸心距靜水面距離，d為水深，L為入射波波長。圓柱半徑為5.1 cm,水深為0.80 m，圓柱的淹沒深度為0.255 m。圓柱軸心所在水平方向位置，松弛區(qū)I和松弛區(qū)II的長度均根據(jù)入射波波長L的一定比例進(jìn)行設(shè)置：圓柱位置距離造波和消波區(qū)分別為1.65 L和4.0 L，造波和消波區(qū)長度分別設(shè)置為2.5 L和3.0 L。以5階Stokes理論[22]為造波理論生成入射波，周期考慮為T=1.20 s，選擇多個(gè)入射波波幅。2.2 波浪力驗(yàn)證對比

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]非完全淹沒水平圓柱上波浪力特征的數(shù)值模擬[J]. 毛鴻飛,陳洪洲.  水科學(xué)進(jìn)展. 2019(05)
[2]基于黏性流理論對平板受波浪沖擊的兩相流數(shù)值研究[J]. 毛鴻飛,李芳成,吳光林,嚴(yán)謹(jǐn).  廣東海洋大學(xué)學(xué)報(bào). 2019(04)
[3]Viscous Effects on Wave Forces on A Submerged Horizontal Circular Cylinder[J]. TENG Bin,MAO Hong-fei,LU Lin.  China Ocean Engineering. 2018(03)

博士論文
[1]基于粘性流理論的水平圓柱上波浪力數(shù)值研究[D]. 毛鴻飛.大連理工大學(xué) 2018



本文編號(hào)：3294617