外输浮筒水动力计算方法比较

进行改进 ， 并给 出了相应 的理论计 算模 型。提出一种莫里森单元 ＋碟形单元 的组合模型 以计算浮筒 主体及其 裙板 的黏性 载荷。设计模型试验对 ２种计算方法进行验证对 比 ， 发现 ２种方法的计算结果与试验结果在运动 幅值 和总体趋势上基本保持一致 ， 验证 了外输浮筒水动力计算模型 的正确性 ， 并且基于辐射／ 绕射理论 的计算 方法 精度更高。 关键词 ： 外输 浮筒 ； 辐射／ 绕射理论 ； 细长体理论 ； 碟型单元
浮 筒 土 体
，，
裙 板
④
单元可 以较好地模拟 浮筒的 圆柱 主体 的黏性载 荷 ，
但是却无 法考虑裙板 的黏性载荷 ， 这将 导致 在实 际 计算 中往 往会过度地 预测外输浮筒 的纵摇运动 Ｊ 。 为充 分考 虑外 输浮筒 各结 构 的黏性 效应 以准
确 预报外 输浮 筒 的运 动 响应 ， 本 文 对 上述 ２种 计
厶
（ ２ ）
水匝点 浮 体的相 对速 度 ， ｍ ／ ｓ 。
波浪力， 不 规则 波 巾浮 体受 到 的 波浪 力 载 荷 可 巾
规则 波 中载 荷经 迭 力 Ｉ Ｊ 得到。
１ ． ２ ． ２ 碟彤 ． 冗
采川 一 碟形 元组 合 的形式来 模拟 裙板 的
耕 城 们： ｆ ４ Ｊ ｉ 碟彤 一 元 没有 厚 度 且 没 有 质 量 ，
中图分类号 ： Ｕ ６ ６ １ ． ４ ３ 文献 标 志 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ － ７ ９ ５ ３ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ６ － ０ １ １ ６ － ０ ６
场 的影 响 ， 而细 长 体模 型则 假 设 外 输 浮筒 对 波 浪 场 的影 响 可 以 忽 略。直 观 来 看 辐 射／ 绕 射 模 型 在 波浪 力 的计 算 中要 比细 长 体 模 型 更 加 全 面 和 系 统， 但 是其 缺点 在 于 只计 算 到 浮 体 的平均 自由表
第一作者 ： 康 庄（ １ ９ ７ ８ 一） ， 男， 博士 ， 副 教 授
研究方 向： 深 海立管设计 、 涡激 振动分 析和海 洋工 程
结 构
１ １ ６
浮体 辐射 力表示 为 时域水 动力 脉 冲函数 与浮 体速
度积分 的卷积形 式 。
２ ０ １ ７年
第 ６期
康 ， 等： 外 输 浮 筒 水 动 力汁钟： ‘ 法 比较
外 输 浮 筒 水 动 力 计 算 方 法 比较
康庄 。 徐祥 。 付森 ， 张橙
（ 哈 尔滨 工 程 大 学 深 海 ｘ － ￣ｋ ￣ 术研 究中心， 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ０ １ ）
摘
要： 为准确预报外输 浮筒 的水 动力性能 ， 分别对基 于辐射／ 绕射理论和细长体理论 的水动力计算方法
第４ ６卷
第 ６期
船 海 工 程
Ｓ ＨＩ Ｐ ＆ ＯＣ Ｅ ＡＮ ＥＮ ＧＩ ＮＥ ＥＲ Ｉ ＮＧ
Ｖｏ １ ． ４６ Ｎｏ． ６ Ｄｅ ｃ ． ２ ０１ ７
２ ０ １ ７年 １ ２月
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ３ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ － ７ ９ ５ ３ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ６ ． ０ ２ ７
应， 在此基 础上 编 写 程 序 预报 外 输 浮 筒 的运 动 响 应， 并 设计 了试 验 模 型 以验 证 ２种 计 算方 法 的正 确性 ， 同时对 比分析 其各 自的计算特 点 。
１ 基 于辐射 ／ 绕射 理 论 的计 算 方 法
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ７— ０ ３—３ １
根 据流 场速 度 势 可 以求 得 流 场速 度 ， 进 而 求
得 流场 加速 度 ， 然 后 通 过分 析 叮以获 得 浮 体 受 到
的一 阶 和二 阶波 浪 力频 响 函数 。
』 状 『 殳 １ ３ ， 所 受 的 流体 载 荷仅 为作 用 在 法
线力 ‘ Ｉ 的拖 制 １ 鲋』 Ｊ 『 Ｊ 质量力 。碟 形单元 的存
面处 ｊ 。而细长 体模 型在 计 算 波 浪力 时 ， 可 考 虑
到浮体 的瞬时 自由表 面效应 ， 但是对 波浪载 荷 的计
算较 为简 单且某 种 程度上 依赖 经验 参数 的选 取 。 另外 ， 上述 ２种方 法 采 用 单 一 的莫 里 森 单 元
或细长体单元 来计算外输 浮筒 的黏 性载荷 ， 这 ２种
船 海 Ｌ 程 第４ ６卷
２ ） 一阶、 二 阶 波 浪 力载 茼 。按 照零 航 速 二 阶 势 流频 域 水动 力分 析理论 进 行一 阶 和二 阶波 浪 力 载 荷计 算 。首先 分 析浮 体在 规 则波 巾受 到的 一阶 』 Ｉ ＝ Ｉ
’ （ ， ）＝— Ｃ Ｄ Ｖ Ｉ Ｖ ｒ Ｊ
修 回 日期 ： ２ ０ １ ７— ０ ４—２ ３
基金项 目： 国 家 自然 科 学 基 金 （ ５ １ ５ ０ ９ ０ ４ ５ ）
１ ． １ 非黏 性载 荷计 算 １ ） 辐 射 水 动 力 载 荷 。在 时 域 内进 行 辐 射 水 动力 载荷 计算 ， 基 于线性 时域 辐射力 分 析理论 ， 将
阳
３ ） 浮体 受 到 的静 水 恢 复 力载 荷 。根 据 静 水 力 刚度 矩阵 、 浮 体 重 心 的位 置 以及 其 所 受 的 浮 力 得 到作用 在 浮体 上的静水 力 和力矩 。 １ ． ２ 黏 性载 荷计 算
南于外输 浮 筒 独 特 的 主 尺 度 以及 结 构 特 点 ， 其所 受 的黏性 载 荷在 总体 受 力 中 占据 比较重 要 的 位置 。 对于 外输 浮筒 黏 性 载 荷 的计 算 ， 本文提１ ｔ ；
算方 法进 行改 进 ， 首 先 将外 输 浮 筒 水 动 力 载荷 分 为非 黏性 载荷 与 黏性 载荷 ， 非 黏 性 载 荷部 分 仍 然
Байду номын сангаас
利 用 上 述 ２种 方 法 分 别 求 解 。对 于 黏 性 载 荷 部 分， 提 出了一种 莫 里 森单 元 ＋碟 形 单 元组 合 形 式 的计 算模 型来模 拟 外输 浮筒 主体 与裙板 的黏 性效