船舶尾浪对岸壁影响的数值研究

【摘要】：随着高速船舶的迅猛发展,水路运输的高速化已成为现代交通运输发展的主要趋势之一。从国内目前已投入营运的高速船舶的航行性能上看,比较普遍的一个问题是尾浪高。过高的尾浪会影响到周围小船的航行安全,并引起堤脚掏空、危及水工建筑、造成水土流失等。高速船的兴波及尾浪传播问题的有关研究不仅在理论上具有挑战性,尤其为船舶工程界所瞩目。 直墙建筑物是港口与海岸工程中常见的一种结构形式,作用在直墙上的破碎波浪力不但破坏力极大而且其作用机理十分复杂。至今对直墙建筑的破碎波波浪力还不能以严密的理论进行计算,工程上一般都采用经验方法。至于船波对岸壁的影响及作用力的研究,更罕见针对不同实际船型的船行波的科学研究。 本文使用近、远域相结合的方法,数值计算了高速排水型船舶的尾浪。 本文采用传统的一阶Rankine源面元方法对船舶的近场兴波问题进行了数值计算,将船体表面、部分自由面离散为若干片面元,满足线性自由面边界条件、物面条件等定解条件求解未知源强,从而解得计算域内速度势函数,进而求解船舶兴波波形。本文计算中采用的是自由面奇点适当上置的域外奇点法,然后通过配置点移动的方式从数值上满足辐射条件。 在船后一定距离之外,船行波可近似看成谐波,其波高可表为某一元函数,即所谓的波幅谱函数。根据这一特点,对近场计算的结果进行波形分析,推算波幅谱函数,从而获得大范围的远场尾浪的数值模拟结果。 本文以Wigley数学船型和NPL船型为对象,在深水情况下进行了船舶尾浪的数值计算。对在浅水情况下的Wigley单体船、双体船以及三体船的尾浪进行了数值计算,并用得到的浅水船行波对岸壁的作用力进行了计算。