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Stokes波和马蹄波在直立圆柱上绕射生成的波浪场研究

王丽蒙  
【摘要】:在大波高海浪环境中,波浪对海洋结构物作用的非线性效应十分显著,结构周围的绕射波浪场所产生的非线性波浪爬升,会增强平台受到的波浪非线性砰击,甚至造成平台越浪和倾斜的危险。因此,与以往仅给出结构表面处计算结果的研究不同,本研究更为关注圆柱周围区域绕射波浪的波高空间分布特征,主要研究内容如下:(1)通过直立圆柱绕射实验,研究了水深对Stokes波绕射波浪场空间分布的影响,并对比分析了马蹄波与Stokes波绕射波浪场在圆柱周围空间分布的差异。通过对有无圆柱情况的对比,分析了圆柱的存在对马蹄波各阶幅值的空间演化的影响。(2)利用格林函数和本征函数展开的方法,详细推导了Stokes波二阶、三阶绕射势和波面升高的解析表达式。(3)通过解析表达式求解,给出一阶和二阶波幅空间分布特征并和实验结果进行对比。为了高效和精确的计算二阶速度势,对自由表面绕射势所含的空间积分采用分区计算的方法,即分别采用变步长辛普森数值积分和解析积分,并研究了各部分积分的贡献。经过对比,发现本文计算结果与已有研究结果吻合良好,在此基础上,本文给出了不同波数情况下圆柱周围二阶波高幅值空间分布,同时分析了一阶速度势和二阶速度势分别对二阶波高产生的贡献。为进一步研究多柱体及马蹄波圆柱绕流所形成的二阶波浪场提供了参考。


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