两层介质有限水深下的内波与浮体的相互作用

来源 :中山大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lushengli2009
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内波对海洋工程技术,尤其是水下潜器,结构物和建筑来说非常重要。内波产生于诸如湖泊,峡湾或是河口等区域,这里盐度和水温沿着垂向变化导致海水密度变化从而产生海水分层,人们对内波对水下施工/操作的影响非常感兴趣;为了深入研究内波现象,我们可以建立一个有两层介质的流体系统,每层介质的密度是一定的。另外,内波载荷(诸如附加质量,阻尼系数和波浪力)对海洋或水下的结构物,船舶和建筑物的先进设计技术有着重要的影响。对于上层介质有自由面的两层介质系统,由于自由面和内部界面的影响会存在两种波浪传播模型。格林函数是预测波浪向外传播的重要工具,然而在两层流体介质模型中要用不同的方法来产生格林函数,对它们的使用也各不相同。本文的工作是推导三维无航速的振动点源的格林函数形式,用于两层介质有限水深下的波浪载荷预报。点源位于有限水深下任意层的介质中。我们将利用奇异性方法来得到所需的格林函数。这个方法有个优势就是它用布置在结构物内部的多个奇异点来表示速度势。经验表明,奇异性理论得到的方程系统具有很好地收敛性,只需要少数几个方程就能得到准确的数值结果。通过这个方法我们得到了预报内波特征的两层介质格林函数。最后,我们用格林函数和格林第二公式得到了解决许多水动力问题必需的边界积分方程。通过边界积分方程研究了相应的格林函数对处于自由面上,交界面上或是完全浸没在界面之下的浮体的应用情况。这是通过计算浮体的辐射和绕射问题得到的。对单层介质的算例的计算结果很好,如果将两层介质的性质取为相同,结果与单层介质下的算例相吻合。因此我们的格林函数对预报内波和表面波(一定情况下)都是很强大的工具。使用时我们通过在诸如一个长方体盒子(驳船)或是一个半球的物面上布置分布源的方法来计算。除此之外,我们发现内波对低频运动下的波浪载荷有影响,另一方面内波对高频的运动没有影响,此时的结果与单层介质情况下吻合。需要注意的是算例中的流体是无粘性,不可压缩,无旋的液体。
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