兩層流中波浪與二維結(jié)構(gòu)相互作用的頻域模擬.pdf

1、海洋內(nèi)波分布范圍廣、形式多樣，其研究具有重要的工程價值和學(xué)術(shù)價值。在開發(fā)海洋資源的同時，海洋分層效應(yīng)已越來越成為不可忽略的重要因素。本文基于兩層流體的簡化模型，對層化海洋環(huán)境下二維結(jié)構(gòu)物的水動力特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。
　　為了可以推廣到研究復(fù)雜海洋結(jié)構(gòu)，采用外域級數(shù)展開和內(nèi)域邊界元數(shù)值方法相結(jié)合的手段建立了頻域數(shù)學(xué)模型，在外域和內(nèi)域交界的輻射面上利用連續(xù)性條件建立聯(lián)立方程組。邊界元方法可以將問題降維處理，只需要在域表面劃分網(wǎng)格，

2、減少了計算量。同時內(nèi)域計算采用Rankine源作為格林函數(shù)，既避免了求解復(fù)雜的格林函數(shù)，又可直接獲得自由水面及內(nèi)界面上的速度勢。外域采用級數(shù)展開的解析式表達(dá)，將輻射面上速度勢的求解轉(zhuǎn)化為求解解析式中的待定系數(shù)。經(jīng)過與級數(shù)展開的解析方法對比，以及兩層流中波能流守恒的驗證，證明了本文建立的這一聯(lián)合數(shù)值模型的正確性。
　　為了研究兩層流中存在結(jié)構(gòu)物時表面波模態(tài)和內(nèi)波模態(tài)波浪的轉(zhuǎn)化情況，定義了兩層流中各模態(tài)波浪的反射和透射系數(shù)，利用這一數(shù)

3、值模型通過計算反射系數(shù)和透射系數(shù)的變化情況，分析了兩層流中結(jié)構(gòu)物的反射和透射特性。研究了上下層密度比、水深比等層化參數(shù)對反、透射系數(shù)的影響。發(fā)現(xiàn)兩層流體密度差小時，內(nèi)界面很容易受到擾動產(chǎn)生大幅振動。計算并分析了兩層流中結(jié)構(gòu)物的附加質(zhì)量和輻射阻尼，給出了結(jié)構(gòu)物作強迫振蕩時，自由水面和內(nèi)界面的波面升高情況。最后，分析研究了結(jié)構(gòu)物分別在表面波模態(tài)和內(nèi)波模態(tài)波浪入射時的運動響應(yīng)問題。研究發(fā)現(xiàn)，兩層流中內(nèi)波模態(tài)波浪入射時，結(jié)構(gòu)物運動響應(yīng)受層化參數(shù)