波浪作用下玻璃鋼浮標水動力特性的數(shù)值研究.pdf

1、本文首先對波浪三維數(shù)值模擬和浮標的水動力特性研究進展進行了較為全面的概述，特別對數(shù)學模型基本理論進行詳細的敘述。并根據(jù)Goda的兩點法分離反射波和入射波，編寫相應(yīng)的Fortan程序計算反射系數(shù)Kr。建立多組數(shù)學模型試驗研究波高水深比(H/h)和反射系數(shù)之間的關(guān)系，得出H/h和反射系數(shù)之間的最優(yōu)關(guān)系。在數(shù)學模型理論的基礎(chǔ)上建立波浪數(shù)值水池對波浪和發(fā)電浮標進行數(shù)值模擬，并對所建立的數(shù)學模型進行驗證，得出所建立數(shù)學模型可以應(yīng)用于各種波浪情況下

2、的數(shù)值模擬以及玻璃鋼浮標水動力特性的數(shù)值研究。
　　 其次，基于三維波浪數(shù)值水池模擬波浪在非對稱臺階地形上的傳播，通過多組次模擬計算，結(jié)果表明臺階地形上墩柱繞流屬于復雜的三維流態(tài)，墩柱迎水面沒有明顯的渦動結(jié)構(gòu)，高渦量呈對稱狀聚集在墩柱的背水面，少許聚集在迎水面，墩柱的背水面形成了一對渦對旋轉(zhuǎn)方向相反的渦結(jié)構(gòu)。比較發(fā)現(xiàn)KC值與周期有關(guān)，但在周期相同波高不同的波況下，KC值相差不大，說明KC值與波高變化關(guān)系不明顯。墩柱正面水體表面的

3、水平方向流速變化較大，側(cè)面水平流速變化最為劇烈，背面在墩柱的掩護作用下，水平方向流速變化不大。在墩柱的正面和側(cè)面豎向環(huán)流明顯，背面無明顯豎向環(huán)流。
　　 最后，建立三維波浪數(shù)值水池對玻璃鋼浮標進行水動力特性進行模擬研究，得出浮標的正前方出現(xiàn)波峰塌陷現(xiàn)象，浮標周圍自由面的形態(tài)發(fā)生改變，自由面在浮標處存在許多小的褶皺，呈現(xiàn)出明顯的三維特性。分析瞬時流場發(fā)現(xiàn)浮標配重的左下方有一漩渦，隨著波浪的推進，漩渦逐漸消失，浮標的背水面有形成漩渦

4、的趨勢，但是波速較大，沒能形成明顯的漩渦。通過對渦量結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)浮標周圍的渦結(jié)構(gòu)未成對稱結(jié)構(gòu)與墩柱結(jié)構(gòu)物周圍的對稱渦結(jié)構(gòu)不同，浮標遇到渦對結(jié)構(gòu)不對稱時，會導致浮標在橫向上發(fā)生偏移，左右擺動。通過對垂蕩和縱搖分析得出玻璃鋼浮標在浮搖穩(wěn)定性方面的性能優(yōu)于全鋼制浮標，水動力特性的優(yōu)勢更為明顯。從數(shù)值模擬結(jié)果和浮標重心、浮心位置兩者比較看，改良后玻璃鋼浮標的穩(wěn)性相對較高。浮標的動水壓強最大來自垂直方向，在新型玻璃鋼浮標設(shè)計過程中，要考慮動水壓強