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海洋内波消减设施实验研究

田雨  
【摘要】:海洋中蕴藏着丰富的人类所需资源,随着世界经济和各个国家的快速发展和日益扩张,人们越来越多的关注对于海洋的开发及利用。开发海洋资源则需要先进的设备及技术,也需要对海洋中复杂的自然环境对于工程结构物所带来的威胁做好防护。内波作为海洋中一种重要的自然运动现象,为海洋中的能量交换做出了巨大贡献,但同时它的存在也为海洋工程结构物带来巨大的影响和危害。因此,研究内波的消减及其对应的方式对海洋结构物的安全工作具有巨大的经济意义。在回顾和分析前人关于内波的研究基础上,本文以内波消减为目标,通过数值模拟及物理实验的研究方法,探究了利用“网”及薄板布置结构物为消波设施的消波效果及受力规律,主要研究内容及成果如下:(1)通过对于类似的波的消减方法及内波的衰减规律研究,提出格网消波的方法。内波在传播过程中的衰减主要由剪切不稳定和对流不稳定造成,故需要在其传播过程中设置屏障对其传播内部结构进行干扰,同时内波在海洋中传播通常频率较低,周期很长,绕射能力极强,因此需要采取反射的思路使其衰减。结合海洋实际情况及相关声波、表面波的消减实践方法,提出了较为实用的格网消波的方法。(2)以倾斜薄板为典型消减设施,结合数值模拟对其受力进行分析。在分析前人关于内波作用于桩柱、潜体受力的结论基础上,应用Fluent建立二维水槽进行数值模拟,通过对于受力薄板的结构物的数据采集,得出内波对于薄板的作用力随着波幅增加而变大的规律;同时,相同波幅情况下的原生内波遭遇不同的角度薄板的作用力变化为非线性,在27°和45°布置角度附近发生突变,在27°附近时达到最大值。(3)综合前文的基础上,利用“网”在分层二维内波水槽中进行内波消减物理试验研究。试验通过改变格网布置角度及层数,对内波与格网作用后的自身要素变化进行统计,得出“网”进行消波的方法效果明显的结论。单层网消波情况下,消减效果会随着网格布置角度的变化而变化,在布置为27°附近角度时消波效果最佳;双层网对于大波幅内波消减效果明显,但其之间间距不宜布置过大,否则由于内波会吸收流场中能量,降低第一层格网的消波效果。


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