針對以往孤立波對柱體作用研究多只針對柱體的整體受力開展,少有研究精細獲取柱體不同部位受力特性的問題,借助三維大渦模擬(LES)數(shù)值波浪水槽,通過提取柱周流場及壓強分布,得到柱體所受壓差阻力及黏滯力的垂向分布,對柱體在孤立波環(huán)境中的受力特性進行了分析,并采用多元線性回歸分析,構(gòu)造綜合影響參數(shù)分析了柱體受力特性,構(gòu)建了柱體受力系數(shù)經(jīng)驗表達式。結(jié)果表明:上下層水體中方柱所受壓差阻力約分別為圓柱的1.5倍和3.5倍;作用于柱體上的黏滯力比壓差阻力小1或2個數(shù)量級,可忽略流體的黏性效應;綜合影響參數(shù)與相對波幅正相關,與上下水深比負相關。

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圖1圓柱壓差阻力計算方法示意圖

式中:θ為點壓強P與x軸的夾角,(°),以逆時針為正;l為弧長,cm�；谖⒃�,可將式(8)離散為

圖2方柱壓差阻力的計算方法示意圖

式中:fsj為作用在方柱截面第j(j=1,2,3,4)條邊上的壓力,N;Pi為方柱各邊第i個微元上的壓力,N;Δsi為第i個微元的邊長,Δsi=4s/m=0.11cm(s為方柱周長,本文取s=10cm;m為方柱周長被等分數(shù),本文取m=360)。1.5柱體黏滯力的求解方法

圖3圓柱黏滯力計算方法示意圖

式中:uτi為第i個微元上的切向速度,cm/s;?uτi?γ為切向速度的法向梯度,cm/(s·cm);μ為動力黏度,Pa·s,μ=νρ,其中ρ為流體密度。基于微元法,圓柱表面所受水平方向上的黏滯力fcτ為

圖4方柱黏滯力計算方法示意圖

如圖4所示,沿用上述圓柱黏滯力的計算方法,可求得水深為y的截面方柱表面所受水平方向上的黏滯力fsτ:fsτ=fsτ2+fsτ4=∑i=190Δfsτi+∑i=190Δfsτi?????????(15)

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