波浪作用下玻璃鋼浮標水動力特性的數值研究.pdf

1、本文首先對波浪三維數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，特別對數學模型基本理論進行詳細的敘述。并根據Goda的兩點法分離反射波和入射波，編寫相應的Fortan程序計算反射系數Kr。建立多組數學模型試驗研究波高水深比(H/h)和反射系數之間的關系，得出H/h和反射系數之間的最優(yōu)關系。在數學模型理論的基礎上建立波浪數值水池對波浪和發(fā)電浮標進行數值模擬，并對所建立的數學模型進行驗證，得出所建立數學模型可以應用于各種波浪情況下

2、的數值模擬以及玻璃鋼浮標水動力特性的數值研究。
　　 其次，基于三維波浪數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構，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方向相反的渦結構。比較發(fā)現(xiàn)KC值與周期有關，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。通過對渦量結構分析發(fā)現(xiàn)浮標周圍的渦結構未成對稱結構與墩柱結構物周圍的對稱渦結構不同，浮標遇到渦對結構不對稱時，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。從數值模擬結果和浮標重心、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計過程中，要考慮動水壓強