發(fā)布時間：2017-09-22 08:23

  本文關(guān)鍵詞：橫置圓柱體內(nèi)波作用力試驗研究

  更多相關(guān)文章： 內(nèi)波 橫置圓柱體 垂向力 水平力 耦合分析

【摘要】：內(nèi)波的長周期、大振幅,以及發(fā)生的不確定性等特性,使得內(nèi)波成為海洋資源勘探開采一個重要的限制因素。近些年來,由于內(nèi)波對海洋工程結(jié)構(gòu)物造成破壞的事故屢見報道,國內(nèi)外學(xué)者對內(nèi)波研究的重視程度越來越高。關(guān)于內(nèi)波理論數(shù)值模擬方面的研究比較多,試驗方面相對比較少。本文將主要針對內(nèi)波場中布置在不同位置的橫向圓柱體進行試驗方面的探討,研究在內(nèi)波作用下橫置圓柱體受到的作用力以及影響因素。首先,介紹在內(nèi)波研究領(lǐng)域使用的三種理論模型,結(jié)合實驗室條件,以及試驗時工況的設(shè)計情況,選擇合適的mKdV理論模型。運用MATLAB進行編程,結(jié)合求波浪力的計算公式Morison方程,對內(nèi)波作用下橫置圓柱體的受力情況進行模擬估算。根據(jù)估算結(jié)果,選擇測量系統(tǒng)的合適量程以及相應(yīng)的精度。其次,根據(jù)試驗方案設(shè)計試驗工況,進行試驗。本次試驗共分內(nèi)周期波試驗和內(nèi)孤立波試驗,兩種試驗均采用染色攝影技術(shù)測量所制取內(nèi)波的波要素,使用定制的高精度、微量程的一維測力傳感器和二維測力傳感器對流體中橫置圓柱體受到的作用力進行測量和記錄。最后,對試驗過程中得到的試驗數(shù)據(jù)進行分析處理,得到了一些有意義的研究結(jié)果。具體內(nèi)容如下：1)對試驗數(shù)據(jù)進行濾波去噪處理,然后用Matlab編程對數(shù)據(jù)進行時域分析,探討圓柱體的布置深度、內(nèi)波振幅等對圓柱體垂向力的影響。結(jié)果表明：在靠近密度躍層時圓柱體垂向力比較大,離密度躍層較遠時圓柱體垂向力比較小；圓柱體垂向力隨著內(nèi)波振幅增大而增大。2)對于布置在密度躍層處的橫向圓柱體,分析內(nèi)波振幅對圓柱體水平力的影響,得到相應(yīng)的作用規(guī)律：圓柱體水平力隨著內(nèi)波振幅的增大而增大。3)對于內(nèi)周期波試驗得到的試驗數(shù)據(jù),通過快速傅里葉變換(FFT),得出圓柱體在內(nèi)波作用下作用力的動力響應(yīng)頻譜圖。分析發(fā)現(xiàn)圓柱體垂向力的主頻率成分與內(nèi)波頻率基本一致,還存在一個兩倍于主頻率的成分。界面處的橫向圓柱體水平力的主頻率兩倍于垂向力的主頻率,同時也存在一個接近于內(nèi)波頻率的成分。對界面處圓柱體兩個方向的力進行耦合后發(fā)現(xiàn)呈“8”字形。
【關(guān)鍵詞】：內(nèi)波 橫置圓柱體 垂向力 水平力 耦合分析
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P731.24;P75
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 緒論11-21
• 1.1 選題背景及研究意義11-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 內(nèi)波的數(shù)值模擬研究15-17
• 1.2.2 內(nèi)波的實驗室研究17-19
• 1.3 本文研究內(nèi)容和創(chuàng)新點19-21
• 1.3.1 本文主要研究內(nèi)容19-20
• 1.3.2 本文的主要創(chuàng)新點20-21
• 2 內(nèi)波理論模型及試驗內(nèi)波作用力的數(shù)值估算21-31
• 2.1 內(nèi)波的理論模型21-27
• 2.1.1 MCC理論模型22-24
• 2.1.2 KdV理論模型24-25
• 2.1.3 mKdV理論模型25-26
• 2.1.4 基于mKdV理論模型的波致流速和加速度26-27
• 2.2 莫里森(Morison)方程27-29
• 2.3 試驗內(nèi)波對試驗?zāi)Ｐ妥饔昧Φ哪M計算29-31
• 3 內(nèi)波對橫置圓柱體作用力試驗設(shè)備及試驗方法31-44
• 3.1 內(nèi)波試驗?zāi)康?/span>31
• 3.2 試驗設(shè)備31-35
• 3.2.1 試驗用內(nèi)波水槽32-33
• 3.2.2 分層水制取系統(tǒng)33-35
• 3.3 造波方法以及波要素測量方法35-37
• 3.3.1 造波方法35-36
• 3.3.2 內(nèi)波基本參數(shù)測量方法36-37
• 3.4 橫置圓柱體模型37-40
• 3.5 試驗測力系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集裝置40-44
• 4 內(nèi)周期波對橫置圓柱體作用力的試驗研究44-69
• 4.1 試驗內(nèi)容44-47
• 4.1.1 試驗前準備44-45
• 4.1.2 試驗過程中測得的內(nèi)周期波基本參數(shù)45
• 4.1.3 試驗工況45-47
• 4.2 數(shù)據(jù)處理及試驗結(jié)果47-52
• 4.3 試驗結(jié)果分析52-67
• 4.3.1 橫置圓柱體垂向力的時間變化分析52-54
• 4.3.2 不同因素對橫置圓柱體內(nèi)波垂向力的影響分析54-59
• 4.3.3 橫置圓柱體內(nèi)波垂向力的響應(yīng)頻譜分析59-61
• 4.3.4 界面處橫置圓柱體受力分析61-67
• 4.4 本章小結(jié)67-69
• 5 內(nèi)孤立波對橫置圓柱體作用力的試驗研究69-77
• 5.1 試驗內(nèi)容69-70
• 5.1.1 試驗前準備69-70
• 5.1.2 試驗基本參數(shù)及試驗工況70
• 5.2 數(shù)據(jù)處理及試驗結(jié)果70-72
• 5.3 試驗結(jié)果分析72-76
• 5.3.1 圓柱體垂向力的時間變化分析72-73
• 5.3.2 不同因素對圓柱體垂向力的影響73-75
• 5.3.3 內(nèi)波振幅對密度躍層處橫置圓柱體水平力的影響75-76
• 5.4 本章小結(jié)76-77
• 6 結(jié)論與展望77-80
• 6.1 本文主要結(jié)論77-78
• 6.2 存在的不足以及研究展望78-80
• 參考文獻80-85
• 致謝85-86
• 個人簡歷86
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果86

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本文編號：899756