逃生裝置對(duì)水中懸浮隧道水動(dòng)力的影響.pdf

1、給出懸浮隧道安全逃生裝置的概念設(shè)計(jì)。針對(duì)懸浮隧道的安全系統(tǒng)存在的問(wèn)題,提出在懸浮隧道外側(cè)設(shè)置可分離式的逃生裝置,給出可應(yīng)用的逃生裝置概念設(shè)計(jì),為懸浮隧道安全問(wèn)題研究提供一個(gè)新的思路。
　　 運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法,研究了在均勻流和振蕩流環(huán)境下逃生裝置的設(shè)置對(duì)懸浮隧道水流荷載的影響。基于FLUENT求解器二次開(kāi)發(fā),模擬水流作用下懸浮隧道周圍的流場(chǎng),計(jì)算水流荷載。數(shù)值模擬結(jié)果表明:在均勻流環(huán)境下,當(dāng)流速在0.4m/s至1.4m/s之

2、間逃生裝置的設(shè)置較大地減小水流荷載;在振蕩流環(huán)境下,逃生裝置的設(shè)置對(duì)懸浮隧道所受的水流荷載影響很小,可以忽略。在均勻流環(huán)境下逃生裝置的對(duì)稱布設(shè)使懸浮隧道斷面近似流線型,故能在一定程度上減弱水流荷載,而在振蕩流環(huán)境下由于流體速度周期變化使得懸浮隧道上下流場(chǎng)變化頻繁,逃生裝置的設(shè)置對(duì)懸浮隧道的水流荷載影響很小。
　　 數(shù)值模擬研究波浪環(huán)境下逃生裝置對(duì)水中懸浮隧道水動(dòng)力的影響。波浪理論采用線性波和二階Stokes波,自由波面跟蹤采用體

3、積份數(shù)法(VOF),湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)的κ-ε雙方程模型,控制方程采用時(shí)均雷諾N-S方程(RANS)。數(shù)值模擬結(jié)果表明,在線性波和二階Stokes波環(huán)境下,設(shè)置逃生裝置后懸浮隧道水平向和垂向波浪力都有一定幅度增大,增幅在10％到60%之間,與水流環(huán)境下逃生裝置對(duì)懸浮隧道水動(dòng)力的影響規(guī)律不同。在逃生裝置應(yīng)用于工程實(shí)踐時(shí)需要考慮其對(duì)懸浮隧道波浪荷載的影響。
　　 基于多極子勢(shì)展開(kāi)法給出有限水深開(kāi)口球形結(jié)構(gòu)的繞射問(wèn)題解析解。運(yùn)用多極子勢(shì)

4、展開(kāi)法將球形結(jié)構(gòu)內(nèi)外場(chǎng)展開(kāi)成無(wú)限系列單參數(shù)解族,通過(guò)內(nèi)外場(chǎng)匹配條件和壁面條件得到含有無(wú)限個(gè)待求參數(shù)的方程系列。用截?cái)喾▽?duì)無(wú)限系列方程組進(jìn)行求解,獲得速度勢(shì)的近似解。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步數(shù)值模擬研究球形結(jié)構(gòu)表面的動(dòng)水壓力和波浪激勵(lì)力與開(kāi)口角度之間的關(guān)系。數(shù)值結(jié)果表明,開(kāi)口角度對(duì)結(jié)構(gòu)的迎波面的動(dòng)水壓力影響較小,對(duì)背波面的動(dòng)水壓力影響較大;當(dāng)開(kāi)口角度小于0.4時(shí)結(jié)構(gòu)上的激勵(lì)力變化不大。
　　 在勢(shì)流理論框架下發(fā)展一種求解有限水深開(kāi)口球形

5、結(jié)構(gòu)的輻射問(wèn)題的解析方法。采用多極子勢(shì)展開(kāi)法將球形結(jié)構(gòu)內(nèi)外場(chǎng)展開(kāi)成含一系列待定參數(shù)的無(wú)窮級(jí)數(shù),運(yùn)用球形結(jié)構(gòu)壁面輻射條件和開(kāi)口處流場(chǎng)匹配條件,建立含雙系列參數(shù)的方程組。用截?cái)喾▽?duì)無(wú)限系列方程組進(jìn)行求解,獲得速度勢(shì)的近似解。數(shù)值模擬垂蕩運(yùn)動(dòng)的附加質(zhì)量和輻射阻尼,附加質(zhì)量和阻尼系數(shù)隨開(kāi)口角度變大而增加,附加質(zhì)量比輻射阻尼變化更為顯著,當(dāng)θb=ψh=θ=0.4,附加質(zhì)量增大近10%:當(dāng)開(kāi)口角度增大時(shí)無(wú)量綱附加質(zhì)量系數(shù)有增大趨勢(shì),而隨Ka增大不同