本文選題：內(nèi)孤立波 + 豎直圓柱體��； 參考：《中國海洋大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：中國南海蘊藏著豐富的油氣資源,我國越來越重視對南海油氣資源的勘探和開發(fā)。但南海的自然條件非常惡劣,且內(nèi)波活動頻繁。因此,研究海洋內(nèi)波對海洋工程結(jié)構(gòu)物的作用具有重要的現(xiàn)實意義。經(jīng)過物理海洋學(xué)家們幾十年的現(xiàn)場觀測及資料分析,人們對海洋內(nèi)波的生成、傳播及演化機理已經(jīng)有了較多積累,對海洋內(nèi)波在全球各海域的分布狀況也有了較好的把握,而且經(jīng)過海洋工程專家及物理海洋學(xué)家的初步研究,內(nèi)孤立波對海洋結(jié)構(gòu)的巨大破壞作用已經(jīng)引起了工業(yè)界的重視。但學(xué)者們在針對內(nèi)孤立波荷載進行計算時,并未考慮荷載沿水深的變化,水動力系數(shù)的選取也只是參照表面波及海流的經(jīng)驗數(shù)據(jù),這對荷載計算的準確性有較大的影響。因此,本文綜合運用試驗研究、數(shù)值模擬及理論研究的方法,對內(nèi)孤立波波致流場下水動力系數(shù)的選取方法、內(nèi)孤立波荷載的垂向分布等特性以及圓柱型結(jié)構(gòu)在內(nèi)孤立波作用下的動力響應(yīng)進行了研究,為實現(xiàn)內(nèi)孤立波作用下海洋結(jié)構(gòu)物動力響應(yīng)的準確計算以及建立包括內(nèi)孤立波在內(nèi)的多種海洋環(huán)境荷載聯(lián)合作用下結(jié)構(gòu)物的破壞預(yù)報機制奠定了基礎(chǔ)。試驗研究是認識事物客觀規(guī)律的重要方法,本文首先通過實驗對內(nèi)孤立波波致流場及內(nèi)孤立波對不同水深豎直圓柱體的作用力進行了研究。在二維內(nèi)波及分層流水槽制備分層流體,運用重力塌陷法進行內(nèi)孤立波造波,采用PIV技術(shù)對內(nèi)孤立波波致流場數(shù)據(jù)進行測量,研究了內(nèi)孤立波波致水平流速及加速度隨時間及水深的變化規(guī)律。在不同水深處布置豎直圓柱體分段,各分段分別通過測力傳感器與支撐裝置相連,對內(nèi)孤立波經(jīng)過時各圓柱體分段的水平受力進行測量,通過不同水深處圓柱體受力的對此,初步研究內(nèi)孤立波作用力沿水深的變化�；跍y得的內(nèi)孤立波波致流場和圓柱體的水平受力,運用水動力系數(shù)分析方法中的最小二乘法得到水動力系數(shù),并初步探索內(nèi)孤立波波致流場下水動力系數(shù)的選取方法。計算流體力學(xué)方法是近些年剛興起的一種數(shù)值模擬方法,該方法能克服試驗研究中的一些缺陷。本文基于Fluent軟件建立三維內(nèi)波數(shù)值水槽,實現(xiàn)了對內(nèi)孤立波波致流場和內(nèi)孤立波作用下不同水深豎直圓柱體水平受力的數(shù)值模擬,通過與實驗結(jié)果對比驗證了該數(shù)值模擬的正確性�；诒O(jiān)測的流場數(shù)據(jù)和圓柱體的水平受力數(shù)據(jù),運用最小二乘法得到水動力系數(shù),通過改變內(nèi)孤立波振幅和圓柱體直徑的多工況數(shù)值模擬,得到了較大KC數(shù)范圍的水動力系數(shù),并研究了水動力系數(shù)與KC數(shù)的相關(guān)性,為計算內(nèi)孤立波對小尺度圓柱型結(jié)構(gòu)作用力時水動力系數(shù)的選取提供參考。針對小尺度結(jié)構(gòu)物,運用Morison公式計算內(nèi)孤立波作用力是比較主流的理論計算方法�；趯�(nèi)孤立波波致流場和水動力系數(shù)的研究,本文運用Morison公式建立了內(nèi)孤立波對小尺度豎直圓柱形結(jié)構(gòu)水平作用力的理論計算模型,通過與試驗結(jié)果對比驗證了該理論模型的正確性。運用該模型,對內(nèi)孤立波作用力隨時間及水深的變化規(guī)律進行了研究,并對內(nèi)孤立波作用力的極性以及作用力隨振幅的變化規(guī)律進行了研究。對內(nèi)孤立波作用力的研究最終是為應(yīng)用到結(jié)構(gòu)物在內(nèi)孤立波作用下動力響應(yīng)的計算。本文針對海洋汕氣開發(fā)工程中常用的結(jié)構(gòu)物——海洋立管,基于內(nèi)孤立波作用力理論計算模型,采用功能原理,考慮管內(nèi)流體流動,建立了內(nèi)孤立波作用力下頂張力立管的順流向運動控制方程,通過編程求解得到頂張力立管的動力響應(yīng),實現(xiàn)了對內(nèi)孤立波作用下頂張力立管動力響應(yīng)的數(shù)值模擬。參照南海實測內(nèi)波數(shù)據(jù),對內(nèi)孤立波作用下頂張力立管的動力響應(yīng)進行計算,探討了內(nèi)孤立波對頂張力立管正常工作的影響,并分別討論了內(nèi)孤立波振幅、內(nèi)流密度、內(nèi)流流速及頂部張力對立管動力響應(yīng)的影響。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TV131.2

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本文編號：1750451