[发明专利]一种确认地形变化对窄缝共振影响的方法

说明书

本发明属于海洋工程领域，具体涉及一种确认地形变化对窄缝共振影响的方法。具体技术方案包括如下步骤：建立数值波浪水槽，数值波浪水槽中设置一个方箱以模拟船舶，以1个所述数值波浪水槽作为一个结构单元；在数值波浪水槽的边界处形成入射波；建立水和空气的质量守恒和动量守恒控制方程；采用标量场α表示结构单元中水的体积分数；计算α的分布情况；对时间导数进行离散化；通过所述方箱表面各时间步长的压力和剪切应力来获得方箱上的波荷载。本发明利用二维数值波浪水槽，提供了一种综合考虑地形变化对窄缝共振影响的研究方法。可以研究港口地形、码头前水深等对窄缝共振的影响，对进一步研究窄缝共振的规律提供依据。

技术领域

本发明属于海洋工程领域，具体涉及一种确认地形变化对窄缝共振影响的方法。

背景技术

近年来，随着海洋工程的不断推进，海洋漂浮结构物的应用日益广泛。当这些漂浮结构物并排/相邻布置时，从尺度而言，漂浮结构物间的间隙相对于结构物本身可成为微小窄缝。在某些波频条件下，结构间狭窄的微小缝隙内会发生剧烈的流体振荡，产生窄缝共振(gap resonance)。这类振荡不仅对结构物的局部受力产生巨大影响，对结构物整体的性能也会产生很大的影响；严重影响结构物上的装卸效率，甚至威胁工程作业的安全。因此，对窄缝共振的研究引起了越来越广泛的关注。

现有的窄缝共振研究主要基于经典线性势流理论进行的。但这类研究往往会明显高估了共振波在窄缝内的高度，从而高估了结构物的波荷载。为了解决这一问题，研究者们采用了一些特殊的数值处理方法，但现有的处理方法总是存在未知的耗散系数(dissipative coefficient)，必须进一步通过实验数据对其进行校准。

另外，现有关于窄缝共振的研究都主要集中于多个固定/漂浮结构物间的流体共振，对大型船舶与码头间的窄缝共振研究甚少。而关于船舶与码头间的窄缝共振的研究中，也都将海床设置为平坦的结构。事实上，港口的地形往往是不平坦的，码头前的水深也有随着地形的不同而有明显变化，这些因素都会对窄缝共振造成影响。而现有的研究方法未能考虑到上述因素。

综上，提供一种综合考虑地形变化对窄缝共振影响的研究方法具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种确认地形变化对波载荷影响的研究方法。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种确认地形变化对波载荷影响的研究方法，包括如下步骤：

(1)建立数值波浪水槽，所述数值波浪水槽中设置一个方箱以模拟船舶，以1个所述数值波浪水槽作为一个结构单元；在所述数值波浪水槽的边界处形成入射波；

(2)建立水和空气的质量守恒和动量守恒控制方程；

(3)采用标量场α表示计算单元中水的体积分数，为1时是水，为0时是空气，1和0的中间值是空气与水的混合物；在步骤(1)的基础上，计算α的分布情况；

(4)对时间导数进行离散化；

(5)通过所述方箱表面各时间步长的压力和剪切应力来获得方箱上的波荷载。

优选的，步骤(1)中，将入射波进口边界处的速度指定为规则波的速度，并将边界处的压力梯度设置为0。

优选的，所述进口边界附近设置一个松弛区。

优选的，所述数值波浪水槽上部的边界条件设置为“空气”；在所述数值波浪水槽的右侧、底边及箱体的壁面，采用“无滑移”边界条件。

优选的，步骤(2)所述的质量守恒和动量守恒控制方程如下：