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透空圆柱体波浪散射及波浪辐射特性分析.docx
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透空结构以其显著的减波、消波特性,在海洋工程领域获得了越来越多的重视。英国的
Ekofisk 圆柱形海洋结构物
[1]
以及法国 Trfalgar 海上风电场
[2]
均采用了透空薄壁柱体的减波设
计。Wang
[3]
对固定式同心透空圆柱体的波浪载荷特性,建立了解析分析模型,在此基础上
Williams 等
[4]
对中间夹有一段透空薄壁的圆柱体开展了半解析工作,分析了其水动力性能。岳
景云等
[5]
采用复合边界元素法论证了结构物外壁采用透水结构可大幅降低 cosine-type 同心圆柱
体周围的绕射波动,Sarkar 等
[6]
对外层透空结构的围护效果进行了分析,Wang 等
[7]
针对该问题
给出了解析计算模型。Ning 等
[8]
通过数值计算模型的搭建以及物理模型实验的实施分析了上部
带有透空结构的浮式圆柱体结构的垂荡运动特性。liu 等
[9]
对多层透空薄壁的围护效能进行了数
值分析,Chen 等
[10]
用零场积分方程对多个固定式透空圆柱周围的波高分布及波浪载荷进行了
半解析分析,Sarkar 等
[11]
在 Bhatta
[12]
对浮式圆柱体水动力性能解析解的基础上,通过推导解析
计算模型,分析了浸没式圆柱形透空薄壁对海洋平台的围护效果,后来,Mackay 等
[13]
对固定
和浮式透空圆柱体进行了实验分析和数值求解。由于波浪能量大多集中于自由水面附近,目前
透空薄壁在自由水面附近的应用研究成果较多
[14]
,对正下方带有透空薄壁的圆柱形结构物的关
注度明显不够,透空薄壁在改善浮式结构物波浪水动力特性方面的潜能有待于进一步开展研
究。为了克服以上研究的不足之处,本文以正下方带有圆柱形透空薄壁的浮式结构物为研究对
象,基于 porous-wavemaker 理论
[15]
和势流理论,针对该结构物的波浪散射和辐射特性,构建
解析计算模型,并将结果与现有数值计算结果进行对比分析,基于此,分析透空系数对波浪散
射和辐射特性的影响机理。
1. 构建理论计算模型
如图 1 所示,一列波高为 H,频率为 ω,波长为 λ 的规则波通过一个半径为 a 的透空圆
柱体,圆柱体浸入水中的非透水高度为 h
1
,透水部分的高度为 h
2
-h
1
,水深为 h
0
,以静水面与
圆柱体轴线的交点为原点,建立柱坐标系。为便于与已有研究成果
[4, 12]
进行对比分析,本文分
析辐射特性时,假设浮体系统在三自由度内做微幅振荡运动。
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