(1)与小尺度结构物作用

研究员尝试用表面波理论中的 Morison 方程来计算数值模拟中的内孤立波载荷, 由于模拟仿真实验操作比较困难,所以并没有得出相应的实验结果与理论值对比,但 这种方法还是为研究内孤立波载荷提供了参考。

Du 等(2007)[21]运用 Morison 公式在小尺度杆件的内孤立波载荷中,发现内孤 立波对杆件的影响非均匀地遍布在全部杆件长度上,并且最大值出现在中部,没有出 现在杆件的两端。当需要设计海洋平台时,内孤立波的影响不容忽视。

付东明等(2010)[22]分别针对两层流体和连续分层流体情况,运用 Morison 公式 计算了小口径的铅直圆柱体在强非线性内孤立波经过时承受的拖曳力、惯性力以及力 矩,说明了圆柱体受到的内孤立波载荷远远大于只有潮流作用时圆柱受到的载荷。程 友良(2004)[23],蔡树群(2003,2008)[24]-[25]和沈国光(2005)[25]基于内孤立波的 KdV 理论,采用 Morison 公式计算了连续分层流体中大振幅内孤立波作用下的刚性杆 件受到的载荷,指出剪切力最大值出现在内孤立波诱导水平速度转向时,且在 10min 左右的内孤立波作用期间,剪切力及力矩方向也随之变化两次。

(2)与潜体作用

对于水下潜器一类的细长潜体在水下航行时,由于内孤立波的存在会对潜器的 “适航性”、“耐波性”、“安全性”造成重大影响。潜体航行时有可能会发生震荡运动, 因为两层流体密度不同,潜体穿过密度层时的运动会因为海流的影响改变速度方向。 当潜体在密度不同的海洋中受到内孤立波时做震荡运动和在均匀的流体中平稳的运 动不同,严重的影响的潜体的航行稳定,更严重的是会破坏潜体使其丧失稳定性。对 于内孤立波与潜体的相互作用,我们现有的理论并不能有效地解决这些问题,所以一 定要研究出新的能够有效模拟内孤立波与潜体相互作用的数值分析方法,凭借于 CFD 的发展,这个设想能够实现。

陈钰(2009)[26]提出了在数值水池中设置边界条件仿真模拟出在不同潜深时潜体 受到内孤立波作用的数学模型和物理模型,通过实验的方式获得了潜体在内孤立波作

用下的几何特性。结果表明,潜体位于内孤立波波谷中时,受到的内孤立波载荷最为 严重。

李国迎(2012)[27]成功模拟了三维上凸型和下凹型内孤立波对固定潜体的作用, 分析潜体在不同深度时所受载荷的变化及流场分布变化规律,对比分析上凸型和下凹 型内孤立波对潜体的作用力,发现潜体处于内孤立波波谷或波峰间时波浪力作用最为 严重。

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