论文部分内容阅读
随着国家南海资源的开发,岛礁的战略地位日益凸显。为了保障岛礁建设,在远离大陆的南海岛礁附近布置一浮式保障平台就成为了一个绝佳的选择。研究近岛礁波浪环境及浮式结构物的水动力性能可以为浅水浮式平台的设计和研究奠定基础,具有重要意义。本文应用基于开源平台OpenFOAM开发的船舶与海洋工程CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对近岛礁环境下规则波演化特性以及一座带系泊系统的浮式平台在相应波浪作用下的水动力性能进行了数值模拟。本文首先对于浮式平台自由衰减运动的计算准确性以及求解器造波模块的计算准确性进行验证。在平台自由衰减运动的计算方面,网格收敛性验证工作给出本文所研究问题的合理网格量,平台自由衰减固有周期的计算结果与实验结果的对比工作验证了本文所使用的求解器的准确性;在造波模块的验证方面,分别将各工况下波浪的时历与理论波浪时历进行对比,验证了求解器造波模块的准确性。随后本文针对近岛礁浮式平台在规则波中水动力特性以及斜底地形下规则波演化特性进行了研究。在平台水动力研究部分,首先对于平台在不同频率规则波中的响应特性进行研究,将计算的RAO(Response Amplitude Operator)结果与实验结果进行对比,进一步验证了本文的求解器及计算结果的准确性,最后通过对RAO结果的分析,得到平台对中高频波浪响应性能较优的结论;在斜底地形下波浪演化特性分析部分,首先对于不同工况的规则波在近岛礁地形下的演化特性进行分析,随后针对演化过程中波高和波浪频率成分变化两个方面展开研究。研究发现,随着波浪周期的增大,波浪演化过程中,波高会明显增大,波浪的高阶成分会越发明显。此外,本文还针对不同地形对波浪演化的影响展开了讨论,探究平底地形以及斜底地形下波浪的演化差异。从结果分析中可以发现在平底地形的波浪演化中,波浪的波高呈稳定衰减趋势,并未出现明显的波高增大及非线性增强等演化特性,由此验证了在前文平台水动力及斜底波浪演化的研究中得到的一系列强非线性现象和规律确是地形原因导致。最后,本文针对波浪翻卷的机理性问题展开更进一步探究。本文建立了二维波浪水池,对于波浪在斜坡地形上的翻卷问题展开具体讨论。研究发现随着波陡增大,波浪临界状态下的水深指数、波高指数以及垂向不对称性参数均明显减小,而波浪的前缘不对称性、后缘不对称性以及横向不对称性参数对于波陡均不敏感。