[发明专利]一种部分反射墙前方箱形垂荡浮子水动力解析方法

说明书

本发明公开了一种部分反射墙前方箱形垂荡浮子水动力解析方法，在平均自由水面建立坐标系，原点在自由水面，z的正方向垂直向上，x方向水平向右；流域水深为h，方箱形垂荡浮子安装在部分反射墙前，其宽度为wsupgt;B/supgt;，吃水为d，中心线与横坐标为xsubgt;wall/subgt;的部分反射墙之间的距离为D，(xl,‑d)和(xr,‑d)为方箱形垂荡浮子左右端点的坐标；根据方箱形垂荡浮子左右端点以及部分反射墙将流体域分为3个子域，各子域对应的名称和范围分别为Ωsubgt;1/subgt;x≤xl，Ωsubgt;2/subgt;xl≤x≤xr，和Ωsubgt;3/subgt;xr≤x≤xsubgt;wall/subgt;。本发明在现有适用于方箱形垂荡浮子水动力性能研究的解析算法的基础上，加入了修正过的部分反射边界条件，解决了原有部分反射边界条件对于非传播模态波浪不适用的问题。

技术领域

本发明涉及波浪能发电技术领域，特别涉及一种部分反射墙前方箱形垂荡浮子水动力解析方法。

背景技术

由于在实际工程中，海岸边界并不总是垂直和完全反射的，如不规则壁面或不规则海底地形以及非刚性壁面对于波浪能量的不完全反射，为了能够匹配实际海岸边界条件，有必要引入部分反射墙边界条件，并研究其存在对于波浪能装置水动力性能的影响。目前关于部分反射墙及其对于波能装置水动力性能影响的研究较少，已有研究大多是直墙或全反射墙对于波能装置水动力性能的影响。

实际上，部分反射问题在港口和防波堤设计等实际应用中很重要，尤其是短波的部分反射问题。而部分反射墙的反射系数对于防波堤水动力性能影响很大，它的存在减小了有限区域内波浪能量汇聚，避免在港口内部形成峰值较高的共振波浪。从现有研究结果可以看出，部分反射边界条件的提出最初是应用于港口，而远距离情况下非传播模态的波浪会衰减为0，不会对实际结果产生影响，而当浮体与部分反射墙距离较近时，非传播模态波浪不可忽略，所以有必要对于已有的部分反射条件的适用范围进行研究和讨论。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷和不足，提供了一种部分反射墙前方箱形垂荡浮子水动力解析方法，加入了修正过的部分反射边界条件，解决了原有部分反射边界条件对于非传播模态波浪不适用的问题。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：一种部分反射墙前方箱形垂荡浮子水动力解析方法，包括如下步骤：

在平均自由水面建立坐标系，原点在自由水面，z的正方向垂直向上，x方向水平向右；流域水深为h，方箱形垂荡浮子安装在部分反射墙前，其宽度为w^B，吃水为d，中心线与横坐标为x_wall的部分反射墙之间的距离为D，(xl,-d)和(xr,-d)为方箱形垂荡浮子左右端点的坐标；根据方箱形垂荡浮子左右端点以及部分反射墙将流体域分为3个子域，各子域对应的名称和范围分别为Ω₁x≤xl，Ω₂xl≤x≤xr，和Ω₃xr≤x≤x_wall；

方箱形垂荡浮子受到具有角频率ω向x轴正方向传播的规则波的作用，方箱形垂荡浮子的运动可以通过速度势φ(x,z,t)求解，其中φ(x,z,t)可以表示为

其中Re[]为复数的实部，是提出时间因子的复空间速度势，并且满足二维控制方程，如公式(1-2)所示，t表示时间，

可以被分解为散射势和垂荡运动引起的辐射势，即为

其中散射势为入射势和绕射势的和；ξ₃是垂荡运动响应幅值，是由于方箱形垂荡浮子单位速度垂荡运动产生的辐射势；此外还满足以下线性边界条件：

海底条件：

自由液面条件：