双层流体中浮箱拖航阻力及内界面兴波特点的实验研究

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海域环境复杂多变，垂直密度分层海洋流体环境在全球范围内普遍存在，在开发海洋资源的过程中，海洋分层效应已经成为越来越不可忽视的重要因素。浮式结构在分层流体表面航行时，会使得内界面上产生波动，从而对结构的受力及运动响应预测产生影响。
　　本文基于海洋密度层化的两层流体简化模型，通过双层流体中的浮箱匀速拖航实验，对浮体在分层流体中的拖航阻力进行研究，并与单层流体拖航阻力进行对比。同时，根据内界面上兴波情况对兴波特点及与拖航阻力的关系进行了分析。在解放军理工大学重力式分层流水槽开展了双层流体中浮箱拖航的物理模型实验，通过改变拖航速度v、吃水深度b以及分界面位置对浮箱阻力及内界面上兴波情况的变化特点及规律进行研究。
　　其中阻力实验结果表明：单双层拖航阻力差值Fsd及阻力系数差值Csd随着拖航速度的增加，均呈现先增加后减小的变化趋势，且在分界面位置不变的情况下Csd达到峰值对应的内弗劳德数Fr极为相近，仅随吃水深度略微减小；此外，当内弗劳德数Fr大于0.8时，Csd/(b/h1)2的大小只与内弗劳德数Fr有关，而与箱体的吃水深度无关；与船体相比，箱体双层增加阻力及阻力系数的变化规律均有较大差别，具体表现在其峰值大小及最大值时对应的内弗劳德数Fr的变化规律不同。
　　通过对拖航时结构下方内界面上兴波状态的分析发现：在同一吃水深度下内波波峰部分的长度λ及幅值A均随着拖航速度的增加呈现先增加后减小的趋势。吃水深度对长度及幅值的峰值几乎没有影响，但达到峰值时对应的Fr数依赖于吃水深度的变化。当形成的波峰接触到结构后部时，引起了内界面的湍流掺混现象，此时双层增加阻力达到最大值。此外，对二维情况下双层流体中内波的单宽能量进行估算，从能量的角度对浮体所受阻力进行预测。

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作者
张新未;
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作者单位

大连理工大学;

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授予单位大连理工大学;
学科港口、海岸及近海工程
授予学位硕士
导师姓名勾莹;
年度 2017
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类船舶流体力学;
关键词
双层流体; 拖航阻力; 内弗劳德数; 分层流体; 内界面兴波特点;

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