内孤立波与直立圆柱体相互作用特性数值模拟.pdf

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1、第３６卷第１期哈尔滨工程大学学报Ｖｏｌ．３６№．１２０１５年１月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＪａｎ．２０１５内孤立波与直立圆柱体相互作用特性数值模拟１２１王旭，林忠义，尤云祥（１．上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海２００２４０；２．嘉兴南洋职业技术学院，浙江嘉兴３１４００３）摘要：为研究直立圆柱体的内孤立波载荷特性，依据三类内孤立波理论（ＫｄＶ、ｅＫｄＶ和ＭＣＣ）的适用性条件，使用内孤立波诱导上下层深度平均水平速度作为入口条件，采用Ｎａｖｉｅｒ⁃Ｓｔｏｋｅｓ方程为流场控制方程，建立了

2、两层流体中内孤立波对直立圆柱体强非线性作用的数值模拟方法。系列计算结果表明，数值模拟所得内孤立波波形及其振幅与相应理论和实验结果一致，并且直立圆柱体内孤立波水平力、垂向力及其力矩数值模拟结果与实验结果吻合。直立圆柱体内孤立波载荷由波浪压差力、粘性压差力和摩擦力构成，其中摩擦力很小，可以忽略；对水平力，其波浪压差力与粘性压差力量级相当，流体粘性的影响显著；对垂向力，粘性压差力很小，流体粘性影响可以忽略。关键词：两层流体；内孤立波；直立圆柱体；载荷特性；数值模拟ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６⁃７０４３．２０１３１００１０

3、网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｏｉ／１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６⁃７０４３．２０１３１００１０．ｈｔｍｌ中图分类号：Ｐ７５１文献标志码：Ａ文章编号：１００６⁃７０４３（２０１５）０１⁃００６⁃０６Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｓｏｌｉｔａｒｙｗａｖｅｓｗｉｔｈａｖｅｒｔｉｃａｌｃｉｒｃｕｌａｒｃｙｌｉｎｄｅｒ１２１ＷＡＮＧＸｕ，ＬＩＮＺｈｏｎｇｙｉ，ＹＯＵＹｕｎｘｉａｎｇ（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａ

4、ｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２４０，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＪｉａｘｉｎｇＮａｎｙａｎｇＰｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉａｘｉｎｇ３１４００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌｏａｄｓｏｎｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｃｉｒｃｕｌａｒｃｙｌｉｎｄｅｒｄｕｅｔｏｉｎｔｅｒｎａｌｓｏｌｉｔａｒｙｗａｖｅｓａｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｉ

5、ｓｓｔｕｄｉｅｄ．ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｒｅｅｔｙｐｅｓｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｓｏｌｉｔａｒｙｗａｖｅｔｈｅｏｒｉｅｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇＫｄＶ，ｅＫｄＶａｎｄＭＣＣ，ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＮａｖｉｅｒ⁃Ｓｔｏｋｅｓｅｑｕａｔｉｏｎｉｎａｔｗｏ⁃ｌａｙｅｒｆｌｕｉｄｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｓｔｒｏｎｇｌｙｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｓｏｌｉｔａｒｙｗａｖｅｓｗｉｔｈａｖｅｒｔｉｃａｌｃｉｒｃ

6、ｕｌａｒｃｙｌｉｎｄｅｒ，ｗｈｅｒｅｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙ⁃ｉｎｌｅｔｂｏｕｎｄａｒｙｉｓａｐｐｌｉｅｄｂｙｕｓｅｏｆｔｈｅｄｅｐｔｈ⁃ａｖｅｒａｇｅｄｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓｉｎｔｈｅｕｐｐｅｒ⁃ａｎｄｌｏｗ⁃ｅｒ⁃ｌａｙｅｒｆｌｕｉｄｓｉｎｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｓｏｌｉｔａｒｙｗａｖｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｗａｖｅｆｏｒｍａｎｄａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒ⁃ｎａｌｓｏｌｉｔａｒｙｗａｖｅｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｅｔｈｏｄａｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔ

7、ｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌａｎｄｖｅｒｔｉｃａｌｆｏｒｃｅｓ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｏｒｑｕｅｓｏｎｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｃｉｒｃｕｌａｒｃｙｌｉｎｄｅｒｄｕｅｔｏｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｓｏｌｉｔａｒｙｗａｖｅａｒｅａｌｓｏｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ．Ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｂｙａｓｅｒｉｅｓｏｆｃａｌ⁃ｃｕｌａｔｉｏｎｓｔｈａｔｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌａｎｄｖｅｒｔｉｃａ

8、ｌｆｏｒｃｅｓｏｎｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌｃｉｒｃｕｌａｒｃｙｌｉｎｄｅｒｃａｎｂｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｔｈｒｅｅｃｏｍｐｏ⁃ｎｅｎｔｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｗａｖｅａｎｄｖｉｓｃｏｕｓｐｒｅｓｓｕｒｅｆｏｒｃｅｓｄｕｅｔｏｓｏｌ