波浪繞射理論

波浪繞射理論，是一種海洋工程學理論。海洋工程中固定結構很多，如海洋立管、樁柱、管線、單點和固定式平台等等。計算作用在這些固定結構上的波浪力，是非常重要的課題。目前，理論上一般採用兩個不同的近似方法進行研究。一個所謂Morison方程的套用；另一個就是繞射理論(或稱為勢流理論)。

概述

海洋工程中固定結構很多，如海洋立管、樁柱、管線、單點和固定式平台等等。計算作用在這些固定結構上的波浪力，是非常重要的課題。目前，理論上一般採用兩個不同的近似方法進行研究。一個所謂Morison方程的套用；另一個就是繞射理論(或稱為勢流理論)。

定義

波浪對固定海工結構物的作用不外以下四種效應：（1）由於流體(海水)的粘滯性而引起的粘滯效應；（2）由於流體的慣性以及結構物的存在，使結構物周圍的波動場的速度分布發生改變而引起的附加質量效應；（3）由於結構物本身對入射波浪的散射作用而產生的散射效應；（4）由於結構物本身的相對高度（即結構物高度z與工作水深d之比值）較大，結構物與自由表面接近擾動了原波動場的自由表面而產生的自由表面效應。散射效應和自由表面效應總稱繞射效應。

計算方法

對於相對尺度大的海工結構物上的波力計算，目前採用兩種方法分析。第一種方法，考慮繞射效應的理論分析，即繞射理論。它由麥克卡姆(MacCamy)和富克斯(Fuchs)等在1954年提出。它假定流體是不可壓縮的理想流休，運動是有勢的，將結構物邊界作為波動著的流體邊界的一部分，先找出在結構物邊界上結構物對入射波的散射速度勢和未受結構物擾動的入射波的速度勢，兩者迭加後即為結構物邊界上擾動後的速度勢，套用線性化的貝努利方程取得了精確的解析解答。而對任意形狀結構物(包括露出水面和潛沒水下的結構物)的波力，只能采三維源分布法、有限元法等效值計算方法求得近似的數值解答。第二種方法，採用所謂弗汝德一克雷洛夫(Froude-krylov)假定，即是假定波浪原有的壓強分布不因結構物的存在而改變，先算出由未擾動的入射波在結構物邊界上的作用力，稱為弗汝德一克洛夫力(簡稱弗一克力)，再乘以反映附加質量效應和繞射效應的一係數進行修正，此係數稱為繞射係數，需要通過模型試驗加以確定。

兩種計算理論適用範圍

波浪力的計算按照其尺度大小的不同：（1）與入射波相比，尺度較小的結構物，例如孤立樁柱、水下輸油管道等，此類結構物的存在對波浪運動無顯著影響，波浪對結構物的作用主要為粘滯效應和附加質量效應；（2）而隨著結構物尺度相對於波長比值的增大，例如平台的大型基礎沉墊、大型石油貯罐等，此類尺度較大的結構物本身的存在對波浪運動有顯著影響，對入射波浪的繞射效應以及自由表面效應必須考慮。此時要採用繞射理論（MacCamy和Fuchs）計算波浪力。