海洋内波及其对海洋结构物作用研究

来源 :中国科学院力学研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuchen2007
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海洋内波是由于海水密度层结发生在水体内部的波动现象,它对于物质输送,能量传递,声波传播具有重要影响,是物理海洋学研究的前沿课题。由于海洋内波携带有巨大的能量,当内波通过时,各类海洋平台将承受巨大的内波载荷,导致运动响应、结构振动乃至移位、扭转和破坏,在工程设计时,这是必须要考虑的环境因素。尽管内波研究已有几十年的历史,但对于内波流场及其对结构物的作用研究不多,因此,本文具有科学和工程意义。   本文研究了两层分层的线性内波理论、2-5阶Stokes内波理论、椭圆余弦内波理论、弱非线性孤立波理论以及强非线性孤立内波理论等的适用范围。分析了周期表面波理论的Le Méhauté准则,发现它等价于界面内波水深比r→∞、密度差比σ→1.0时的情况,从而把表面波理论纳入了界面内波理论的范畴;我们还发现约化因子的方法只有在表面波极性和内波极性一致的时候才适用,通常是水深比r>1.0;在H/dthin>0.855时,水质点的最大速度将超过相速度,弱非线性理论不再适用;给出了不同水深比下内波理论的适用范围图,且r=1.0的图基本上可以适用于所有r>1.0的情况。研究了海洋内波流场的特性。得到了海洋内波流场的三个特点,即:跃层上下存在速度剪切,长内波流场水平速度几乎均匀和内波流场也具有极性且主要依赖于水深比。我们还讨论了波高、波长、密度差比和水深比等因素对海洋内波流场的影响。研究了海洋结构物内波载荷的特点,分析了海洋结构物受力影响因素。并以PY30-1导管架平台和GVA5800半潜式平台为典型算例,验证了我们在此期间开发的海洋平台内波载荷计算软件。发现作用在平台上的内波载荷与表面波载荷比较,在某些情况下是不可忽视的。重新推导了高阶KdV方程,并且与常用的eKdV方程的数值结果做了比较。研究了内波在地形作用下的传播和演化,并且讨论了内波在传播过程中的摩擦、耗散和变浅效应等。研究了海洋内波产生后,在苏禄海和中国南海的传播,对内波参数进行预测和估计,并分析了南海内波分布特点。
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