運動物體穿過深海密度分界面的水動力特性研究

《運動物體穿過深海密度分界面的水動力特性研究》是依託大連理工大學,由王文華擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：運動物體穿過深海密度分界面的水動力特性研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王文華

項目摘要

本項目旨在提出一種求解運動物體和密度分界面相互作用的流場計算新方法，並且將其套用於工程新課題(在深海分層流體中懸吊結構物入水、下放過程的水動力特性分析)的研究，用以解決運動物體穿過深海自由液面和分層流體界面這一複雜的瞬態物理問題。. 針對問題的難點，採用界面捕捉法處理瞬時移動的密度分界面，並且利用直角切割格線技術來解決動邊界問題。本項目主要分析了入水流場和分層流體內波流場之間的相互影響，重點探討了各種界面波(表面波浪和內波)對運動物體的水動力作用，最後比較了模型實驗和數值計算結果，用以驗證本項目的研究方法、模型和結論。. 本項目創新性地將自由液面和分層流體界面統一為流體密度分界面，採用相同的流場計算方法進行研究，能夠更好地分析不同性質的密度分界面對運動物體所受水動力的影響，用以指導深海結構物的懸吊下水作業，並能為工程領域的相關問題提供理論模型和流場算法。

結題摘要

針對在深海分層流體中懸吊結構物入水、下放過程的水動力特性分析這一工程新課題，本項目按照研究計畫提出了一種求解運動物體和密度分界面相互作用的流場計算新方法，並且進一步引入四叉樹數據存儲結構和格線自適應技術等對其進行了完善和擴展套用，最終用以分析工程新課題中運動結構穿過自由液面和分層流體界面的複雜瞬態物理問題。通過研究發現，運動物體穿過自由液面和分層流體兩種過程中界面變化和閉合形狀等的區別，指出分層流體界面對運動物體所受水動力的特徵影響。在此基礎上，本項目在哈爾濱工程大學做了模型水槽實驗，通過實驗觀測和對比分析，驗證了基於界面捕捉法和直角切割格線的流場新算法的準確合理性。此外，基於流場新算法建立數值波浪水池，採用邊界造波法實現了表面波浪和內孤立波的統一造消波，分析了入水流場和分層流體內波流場之間的相互影響，重點探討了各種界面波(表面波浪和內波)對運動物體的水動力作用。 基於本項目的研究，發表和錄用期刊論文4篇(SCI檢索1篇，EI檢索3篇)，會議論文1篇(EI檢索)。其中，項目負責人在ISOPE國際會議上進行了交流，並做了分會報告，獲得了國內外專家的認可。 本項目創新性地將自由液面和分層流體界面統一為流體密度分界面，採用相同的流場計算方法進行研究。研究成果能夠 分析不同性質的密度分界面對運動物體所受水動力的影響，用以指導深海結構物的懸吊下水作業，並能為工程領域的相關問題提供理論依據和指導。