隨著陸地資源的日趨枯竭,人們逐漸將需求的目光轉(zhuǎn)向海洋。在開采海底油氣資源的同時,深海復(fù)雜惡劣的海洋環(huán)境對各類浮式平臺的安全性能提出嚴峻的挑戰(zhàn);而在對海上優(yōu)質(zhì)風(fēng)能資源利用的同時,近海多變的海洋環(huán)境也對固定式風(fēng)機的安全性能提出了挑戰(zhàn)。無論是固定式海上風(fēng)機還是海洋平臺,其主體結(jié)構(gòu)都是單立柱或多立柱式結(jié)構(gòu),在復(fù)雜的海洋環(huán)境中,這類結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生明顯的波浪爬升和立柱間波浪干涉問題,造成結(jié)構(gòu)氣隙值的損失,對結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成威脅。針對該問題本文使用CFD方法對波浪爬升和多立柱間波浪干涉問題進行數(shù)值模擬,以期為揭示其影響機理提供一定參考。首先,本文基于CFD軟件Fluent建立數(shù)值波浪水槽。在水槽入口邊界處加載造波程序,水槽消波區(qū)加載消波程序,使用VOF方法追蹤自由面,從而實現(xiàn)二階stokes波的數(shù)值生成。通過對不同網(wǎng)格劃分方案下數(shù)值波浪與理論波浪的對比,綜合考慮計算精度和計算時間,選擇最合適的網(wǎng)格劃分方案。為了驗證該數(shù)值水槽用于研究波浪爬升問題的合理性,選擇文獻中直立圓柱波浪爬升的實驗結(jié)果與使用該數(shù)值水槽計算的數(shù)值結(jié)果進行對比,從而確定該數(shù)值計算方法的合理性。其次,對單立柱波浪爬升特性的研究,分別考慮波陡參數(shù)kA,散射參數(shù)kR和水深參數(shù)kd的影響。研究結(jié)果表明:波陡參數(shù)的改變會顯著影響立柱迎浪面的波浪爬升值;散射參數(shù)較大時會改變立柱周圍爬升值的分布規(guī)律;水深參數(shù)較小時會使迎浪面及立柱前側(cè)的爬升值大幅增加。按照速度水頭理論,將波浪爬升系數(shù)m與kA以及kR進行線性擬合,從而得到一定范圍內(nèi)波浪爬升系數(shù)的經(jīng)驗公式。參照波流相互作用理論,構(gòu)建風(fēng)浪流耦合數(shù)值水槽,研究風(fēng)和流對直立圓柱波浪爬升特性的影響,研究表明風(fēng)和流的存在會顯著增強立柱周圍的波浪爬升現(xiàn)象,增強波浪爬升的非線性特性�；诟倪M型的Jonswap譜,實現(xiàn)隨機波的數(shù)值生成,研究隨機波條件下直立圓柱的波浪爬升特性,研究表明使用隨機波序列中的大波成分來描述波浪爬升現(xiàn)象更加合理。最后進行四立柱結(jié)構(gòu)波浪干涉特性數(shù)值分析研究,主要考慮入射波浪參數(shù)和波浪入射角度的影響。通過對波浪0度和45度入射條件下柱群內(nèi)的波浪干涉過程分析來研究柱群內(nèi)干涉水體的相互影響機理;同時分析各工況下四立柱結(jié)構(gòu)受力特性;并對波浪45度入射時的近場干涉現(xiàn)象進行分析,初步探索四立柱結(jié)構(gòu)的波浪干涉機理。本文從單根直立圓柱的波浪爬升特性研究入手,充分考慮入射波浪參數(shù)、風(fēng)浪流耦合效應(yīng)、隨機波條件下的波浪爬升特性,并在此基礎(chǔ)上對四立柱波浪干涉特性進行探索,得到一些有價值的結(jié)論,為海工結(jié)構(gòu)物氣隙值的確定提供一定的參考依據(jù)。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TV139.2
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究背景
    1.2 波浪爬升及多立柱波浪干涉
    1.3 波浪爬升和多立柱波浪干涉國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 理論研究
        1.3.2 實驗研究
        1.3.3 CFD數(shù)值模擬研究
    1.4 論文主要研究工作
2 數(shù)值波浪水槽
    2.1 引言
    2.2 CFD基本理論
        2.2.1 控制方程
        2.2.2 CFD計算方法
        2.2.3 波浪的數(shù)值模擬原理
        2.2.4 波浪理論
        2.2.5 數(shù)值波浪的生成
    2.3 水槽網(wǎng)格劃分與驗證
        2.3.1 網(wǎng)格劃分方案
        2.3.2 計算結(jié)果與驗證對比分析
    2.4 本章小結(jié)
3 直立圓柱波浪爬升特性研究
    3.1 數(shù)值模型的建立
    3.2 數(shù)值水槽研究波浪爬升的可行性驗證
    3.3 波浪參數(shù)對直立圓柱波浪爬升的影響
        3.3.1 波陡參數(shù)的影響
        3.3.2 散射參數(shù)的影響
        3.3.3 水深參數(shù)的影響
        3.3.4 波浪爬升系數(shù)的擬合
    3.4 風(fēng)和流對直立圓柱波浪爬升特性的影響
        3.4.1 風(fēng)浪流數(shù)值水槽基本理論及其構(gòu)建方法
        3.4.2 風(fēng)浪流耦合計算工況設(shè)置
        3.4.3 立柱周圍波浪爬升效應(yīng)分析
        3.4.4 風(fēng)和流對波浪爬升非線性特性的影響
        3.4.5 風(fēng)浪流對迎浪面波浪爬升特性的影響
    3.5 隨機波的數(shù)值模擬及其對直立圓柱波浪爬升特性的影響
        3.5.1 隨機波數(shù)學(xué)模型
        3.5.2 隨機波模擬方法
        3.5.3 隨機波的數(shù)值生成
        3.5.4 隨機波條件下直立圓柱的波浪爬升研究
    3.6 本章小結(jié)
4 四立柱結(jié)構(gòu)波浪干涉特性研究
    4.1 計算工況的確定
    4.2 數(shù)值模型的建立
    4.3 結(jié)果與分析
        4.3.1 柱群Qg波浪干涉過程分析
        4.3.2 波浪0度入射時波浪干涉分析
        4.3.3 波浪45度入射時波浪干涉分析
        4.3.4 多立柱波浪近場干涉現(xiàn)象分析
        4.3.5 多立柱結(jié)構(gòu)受力分析
    4.4 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2832271