粘性流體勢流理論及波浪與毗連多浮體相互作用研究

《粘性流體勢流理論及波浪與毗連多浮體相互作用研究》是依託大連理工大學,由呂林擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：粘性流體勢流理論及波浪與毗連多浮體相互作用研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：呂林

項目摘要

海上油氣產品的裝/卸載需要毗連多浮體的聯合作業，其中涉及到多種共振現象。而經典勢流模型往往會對共振回響給出過高估計，其根本原因是傳統的理想流體勢流理論忽略了流體的粘性屬性，無法考慮在共振中起重要作用的機械能損耗。新興的粘性流體勢流理論則拋開了這一假設，這為在統一的勢流理論內考慮機械能損耗提供了可能途徑。但是現有的粘性流體勢流理論主要用於開闊水域的波浪傳播和波能損耗問題。本項目將粘性流體勢流理論引入到波浪與結構物相互作用問題中，同時結合NS方程數值求解和室內模型試驗，重點研究波浪與毗連多浮體相互作用中的共振回響（包括浮體間窄縫內的流體振盪、浮體內部的液體晃蕩、浮體自身的運動回響）以及這些運動形式之間的干涉和疊加效應。本項目研究工作的開展將建立新型的粘性流體勢流模型，加深人們對波浪與多浮體相互作用規律，特別是機械能損耗機理的認識，為海上極端作業工況的安全保障提供技術支持。

結題摘要

在深遠海油氣資源開採中，大型海洋浮式結構和穿梭油輪等的多體聯合作業將是主要的開採模式。在特定的波浪頻率下，近距離並靠浮體間會形成大幅流體共振現象，威脅結構本身和現場作業安全。本項目主要面向海上多浮體聯合作業中的窄縫流體共振問題開展理論、試驗和數值研究。類似的問題也見於一般深海平台的月池共振問題，以及大型船舶在在碼頭前的靠泊作業等。 本項目研究工作的要點是粘性流體勢流理論和窄縫流體共振問題。傳統的“理想流體勢流理論”往往對共振問題產生完全背離物理事實的奇異解，其根源在於經典勢流理論的無粘性假設。本項目的研究工作從全新的“粘性流體勢流理論”出發，明確了勢流理論本身無需引入無粘性假設，同時“粘性流體勢流理論”是一種耗散性的理論。基於該理論認識，在“粘性流體勢流理論”的框架內，建立了耗散性的修正勢流分析方法，從而在根本上解決了以往對勢流模型中引入人工阻尼的長期性爭議。進一步，為局部流體共振問題建立了具有堅實理論基礎數值分析模型。通過近千組物理試驗工作的開展，對窄縫流體共振的發生機理取得了深刻認識，並利用試驗數據對上述數值分析模型的可靠性進行嚴格檢驗，證實了所提分析方法的可靠性。同時，本項目還基於Navier-Stokes方程，建立和發展了完備的流固耦合數值分析模型及粘性數值波浪水槽，對窄縫流體共振、液艙晃蕩、浮體運動以及水下結構的動力回響等問題開展了大量研究。本項目研究工作是對經典勢流理論和新興“粘性流體勢流理論”的有益發展，所建立的分析方法和計算工具，對更為廣泛的海洋工程流固耦合問題具有借鑑價值。 在本項目的資助下，發表研究論文26篇，其中SCI國外期刊論文9篇（包括國際高水平學術期刊Physics of Fluids 1篇，Coastal Engineering 1篇，Journal of Fluids and Structures 2篇），EI收錄12篇；授權軟體著作權2項；獲省部級科技獎勵一等獎和三等獎共2項；培養博士研究生3名，碩士研究生7名，博士後1名；參加8次國際會議（12人次），承辦國際會議3次，取得3項國際科技合作資助。