海洋工程环境学14.ppt

1,海洋工程环境学 DYNAMICS OF OCEAN ENVIRONMENT,2,3. 作用在小尺度构件上的波浪力,根据结构物的特征尺度，可以分为小尺度构件和大尺度结构两种不同类型。其划分标准为：,为小尺度构件 入射问题；,为大尺度构件 辐射问题。,例：自升式平台：D = O(1m), L=O(100m), D/L = 0.1,半潜式平台：D = O(100m), L = O(300m), D/L = 0.3,对于入射问题，通常可以用二维方法处理：Morison方程法，,对于辐射问题，通常可以用三维方法处理：源汇分布方程法。,3,3. 作用在小尺度构件上的波浪力,3.1 均匀流诱导荷载,物理模型：圆柱(桩柱)：直径D，一端垂直刚性固定在海底， 另一端露出水面； 水域：刚性海底平行静止表面，水深 d, 均匀流速 Vx. 坐标系：xoz: ox 在静止水面，沿流方向； oz 垂直静止水面向上。,求解问题：水流作用在单位长度圆柱上的水平力和横向力？,4,3. 作用在小尺度构件上的波浪力,水平力：,式中：D为桩柱直径，Vx为流速，Cd为相当于迎流面积的阻 力系数，,为水密度。,阻力系数：,5,3. 作用在小尺度构件上的波浪力,6,3. 作用在小尺度构件上的波浪力,横向力：,式中：卡门涡街释放频率,S 为Strouhal数。由下图可见，通常 。,在一个卡门涡街释放周期内水流流过5倍的圆柱直径的距离。,7,3. 作用在小尺度构件上的波浪力,8,3. 作用在小尺度构件上的波浪力,9,海洋工程 环境学 DYNAMICS OF OCEAN ENVIRONMENT,10,3 作用在小尺度构件上的波浪力,3.2 线性波诱导荷载,物理模型： 圆柱(桩柱)：直径D，一端垂直刚性固定在海底，另一端露出水面； 水域：刚性海底平行静止水面，水深 d, 自由表面为线性波，H/L0.1； 坐标系：xoz: ox 在静止水面，沿流方向； oz 垂直静止水面向上，原点于波峰下静止水面(余弦波)。,求解问题： 线性波流场作用在单位长度圆柱上的水平力,?,11,3 作用在小尺度构件上的波浪力,线性波诱导流场参数,12,3 作用在小尺度构件上的波浪力,Morison方程,式中： 波浪诱导水质点水平速度分量， 波浪诱导水质点 水平加速度分量。,为单位长圆柱迎流面积。,为单位尺度圆柱排 水体积。,13,3 作用在小尺度构件上的波浪力,其中：第一项为单位长度圆柱上的阻力(Drag)， 第二项为单位长度圆柱上的惯性力。,为相对于迎流面积的阻力系数。,为相对于迎流面积的质量系数。,14,3 作用在小尺度构件上的波浪力,K 为 Keulegan-Carpenter 数：,为水质点按水平速度幅值在一个震荡周期所移动的距离与圆柱直径之比的 倍。,15,3 作用在小尺度构件上的波浪力,16,3 作用在小尺度构件上的波浪力,17,3 作用在小尺度构件上的波浪力,18,3 作用在小尺度构件上的波浪力,19,3 作用在小尺度构件上的波浪力,20,3 作用在小尺度构件上的波浪力,21,3 作用在小尺度构件上的波浪力,3.3 线性波诱导横向荷载,式中 为相位角。升力系数 为雷诺数 , 相对粗糙度 和Keulegan-Carpenter 数 的函数。.,Sarpkaya 对于相关的水动力系数提供了试验 结果，可供设 计中使用。,22,3 作用在小尺度构件上的波浪力,23,3 作用在小尺度构件上的波浪力,24,3 作用在小尺度构件上的波浪力,25,3 作用在小尺度构件上的波浪力,26,3 作用在小尺度构件上的波浪力,Sarpkaya 建议：,当,取,另外，当 k/D = 310-3 时，Cl 同 Re 无关， 可以用 光滑圆柱的结果。,