水下生產(chǎn)裝備等大型結(jié)構(gòu)物在下放安裝過程中,在穿越飛濺區(qū)階段結(jié)構(gòu)物底部將受到巨大的波浪砰擊載荷。為了準(zhǔn)確預(yù)測結(jié)構(gòu)所能承受的臨界波浪砰擊載荷,以判斷水下裝備穿越飛濺區(qū)時是否存在潛在危險,通過重疊網(wǎng)格技術(shù)模擬二維平底結(jié)構(gòu)等速沖擊入水運動,基于有限體積法與VOF模型求解氣液兩相流動的雷諾時均方程,研究平底結(jié)構(gòu)入水過程中砰擊載荷特性,并對結(jié)構(gòu)物入水過程中氣液兩相流動變化情況進行分析。分析結(jié)果表明:平板垂直等速入水時,結(jié)構(gòu)受到的砰擊壓力隨下放速度的增大而增大,所產(chǎn)生的峰值壓力也逐漸增大;當(dāng)平板具有橫向移動速度時,不同橫縱速度比對砰擊壓力的影響較小,砰擊壓力隨時間的變化曲線基本相同,僅峰值壓力略有差異;入水角度對平板落水時所受的砰擊壓力影響較大,當(dāng)入水角度小于4°時,砰擊壓力隨入水角度的增大而減小,當(dāng)入水角度大于4°時,砰擊壓力隨著入水角度的增大而增大,入水臨界角度為4°;平底結(jié)構(gòu)入水全過程中氣液兩相流動變化情況較為復(fù)雜,主要分為形成空氣泡、產(chǎn)生氣液射流及水面恢復(fù)穩(wěn)定3個階段。所得結(jié)論可為判斷水下結(jié)構(gòu)物能否安全穿越飛濺區(qū)提供指導(dǎo)。

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【部分圖文】：

圖1 3 平板入水全過程氣-液兩相流動速度矢量圖

圖13展示了平板入水全過程中氣液兩相流體速度的變化規(guī)律。平板下落至水面附近過程中壓縮空氣在其下端面形成“空氣泡”，“空氣泡”在平板及水域的相互擠壓下逐漸破碎，并沿著平板左右兩側(cè)往斜上方流動，在平板左、右上角位置形成空氣旋渦，平板上方的空氣垂直沖擊其上端面。從平板上端面與水平面平齊....

圖1 重疊網(wǎng)格示意圖

與傳統(tǒng)的動網(wǎng)格技術(shù)不同，重疊網(wǎng)格技術(shù)通過簡化網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提高了網(wǎng)格適用性。采用重疊網(wǎng)格技術(shù)解決具有復(fù)雜邊界條件的動網(wǎng)格問題(如結(jié)構(gòu)沖擊入水等)時，需把整個計算區(qū)域分為前景區(qū)域及背景區(qū)域(至少兩個區(qū)域)，其中前景區(qū)域即固體結(jié)構(gòu)位于的子區(qū)域。分別對各子區(qū)域網(wǎng)格進行離散，利用插值技術(shù)實....

圖2 二維平底結(jié)構(gòu)入水沖擊模型

由于固體結(jié)構(gòu)運動速度較低，所以將水及空氣均可視為不可壓縮流體，二維平板與流域的下部、左部及右部均設(shè)為無滑移壁面，流域上部邊界條件為壓力出口，其出口壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。2.3網(wǎng)格收斂性分析及數(shù)值計算驗證

圖3 數(shù)值計算網(wǎng)格劃分

為保證數(shù)值計算網(wǎng)格的收斂性，筆者以平板垂直方向等速(速度1.0m/s)入水作為分析案件，分別建立3種不同的網(wǎng)格尺寸(0.6、0.5和0.4m)分析模型，監(jiān)測平板底面受到的砰擊壓力隨時間的變化情況。圖3為網(wǎng)格尺寸0.4m時的網(wǎng)格劃分圖。圖4為3種不同網(wǎng)格尺寸下結(jié)構(gòu)物等速入水沖擊....

本文編號：4026233