畸形波的数值模拟及其与海洋结构物相互作用研究

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畸形波是一种瞬时存在、具有较大波高的灾害性波浪,由于其强非线性和不对称性,对海洋结构物具有极大的威胁。虽然越来越多的学者开始研究畸形波,但研究工作仍处于初始阶段,其发生机理、影响因素等仍不明确。有关畸形波与海洋结构物相互作用如波浪爬升与拍击力的研究则更少。本文首先基于传统的Longuet-Higgins波浪模型,通过调整波浪的能量分配方式,比较分析模拟畸形波的各种模型:单波列聚焦模型;双波列聚焦模型;双波列改进模型以及三波列聚焦模型的优缺点。同时基于上述各种模型,对计算流体力学软件FLUNET进行二次开发,分别在二维和三维数值波浪水池中模拟畸形波。然后研究立柱在畸形波作用下的波浪爬升与波浪拍击力。通过数值模拟和模型试验研究两种方法,研究谱峰周期,波浪峰值,聚焦位置和水深等因素对波浪爬升与拍击力影响。此外分析各种波浪爬升和拍击力的经验公式,找出预测畸形波作用下波浪爬升与拍击力的有效方法。最后,针对一座工作水深为500m的半潜式海洋平台,运用时域耦合分析方法,计算其在畸形波作用下的运动响应。通过比较平台在两种不同形式畸形波作用下的运动响应,了解不同形式的畸形波浪对平台运动的影响。同时通过分析畸形波的参数(如:聚焦位置,谱峰周期,波浪峰值)对平台运动幅值的影响,确定平台运动响应对畸形波参数的敏感性。
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