南海颱風過程中內波特徵及其對海洋結構的作用研究

《南海颱風過程中內波特徵及其對海洋結構的作用研究》是依託中國海洋大學，由王智峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：南海颱風過程中內波特徵及其對海洋結構的作用研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王智峰
• 依託單位：中國海洋大學

中文摘要

本項目採用三維海洋模式POM，模擬颱風激發的近慣性內波在海洋中的三維傳播。以近慣性內波場為背景，並考慮底摩擦和緩慢地形變化對內孤立波的影響，採用GKdV模型對颱風過程中的內孤立波進行數值模擬計算，分析颱風激發的近慣性內波對內孤立波的影響。依據內波數值模擬結果，利用中國海洋大學二維分層流及內波水槽，進行颱風過程中的內波實驗室研究。針對颱風過程中海洋結構的內波受力特性開展系列實驗，並對Morison 公式中的拖曳力係數和慣性力係數進行統計分析。在此基礎上，對實際海洋中的假想結構受力特性進行數值模擬研究；並以 FLUENT軟體為平台，建立內波數值水槽，分析颱風過程中海洋結構表面壓力分布和載荷特徵。通過本項目的研究，能夠深入了解南海颱風過程中的內波特徵及其對海洋結構的作用，為南海海洋工程設計提供新的借鑑；不但具有重要的學術意義，而且具有一定的工程實際套用價值。

結題摘要

在過去的幾十年中，國際海洋工程界對海洋結構物在風、浪、流等環境中的水動力特性問題，雖然已經有了較為深入的認識，但有關內波對海洋結構的影響機理等，迄今的認識仍然很有限。而眾多事實表明，內波已經成為制約海洋油氣勘探開採和潛艇航行安全的重要因素，我國南海海域的海洋工程結構物的設計和安裝必須考慮內波的危害。本項目針對我國南海特殊的海洋環境，建立了南海颱風模型，分析了海洋對颱風的回響，以及颱風過程中近慣性內波特徵。開展了內孤立波理論模型及作用力模型的推導工作，並結合內波數值理論，進行了內波二維水槽造波方法研究，分析了內孤立波行進演變特徵。完成了內波實驗室研究，結合理論分析、數值模擬和實驗數據，研究了內波與固定結構物，以及內波與潛體這兩種海洋結構物的相互作用規律。海洋結構物在內孤立波作用下受到的波浪力主要有內孤立波波致流速造成的速度力以及分層水體躍層處因流向不同而產生的剪下力。固定式結構物在內孤立波作用下其受力特徵與內孤立波的振幅、結構物的長度、特徵尺寸都有較大的關係，但其變化趨勢比較複雜，不是簡單的線性關係。內孤立波對於潛體的運動有著較大的影響，當潛體遭遇內孤立波時，潛體有較大幅度的垂盪過程，同時伴有明顯的縱盪。不僅如此，潛體的形狀、潛深、內孤立波的振幅都會影響潛體的運動形式。本項目研究成果不僅具有重要的學術意義，而且能為南海海洋工程設計，南海水下航行器研製等領域提供新的借鑑，具有一定的工程和科技套用前景。