非完全淹没水平圆柱上波浪力特征的数值模拟

毛鸿飞; 陈洪洲

doi:10.14042/j.cnki.32.1309.2019.05.015

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非完全淹没水平圆柱上波浪力特征的数值模拟

毛鸿飞, 陈洪洲

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毛鸿飞, 陈洪洲. 非完全淹没水平圆柱上波浪力特征的数值模拟[J]. 水科学进展, 2019, 30(5): 749-759. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.05.015

引用本文:

毛鸿飞, 陈洪洲. 非完全淹没水平圆柱上波浪力特征的数值模拟[J]. 水科学进展, 2019, 30(5): 749-759. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.05.015

MAO Hongfei, CHEN Hongzhou. Numerical simulation on characteristics of wave forces on an incompletely submerged horizontal circular cylinder[J]. Advances in Water Science, 2019, 30(5): 749-759. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.05.015

Citation:

MAO Hongfei, CHEN Hongzhou. Numerical simulation on characteristics of wave forces on an incompletely submerged horizontal circular cylinder[J]. Advances in Water Science, 2019, 30(5): 749-759. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.05.015

非完全淹没水平圆柱上波浪力特征的数值模拟

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.05.015

毛鸿飞¹,
陈洪洲^2,

1.
广东海洋大学海洋工程学院, 广东湛江 524088;
2.
东北电力大学建筑工程学院, 吉林吉林 132012

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51809039）；广东海洋大学科研启动费资助项目（R19024）

详细信息

作者简介:
毛鸿飞(1985-),男,辽宁铁岭人,讲师,博士,主要从事波浪与结构物相互作用方面研究。E-mail:maohongfei-gdou@qq.com

通讯作者:
陈洪洲,E-mail:379988848@163.com

中图分类号: TV139.2⁺6

Numerical simulation on characteristics of wave forces on an incompletely submerged horizontal circular cylinder

MAO Hongfei¹,
CHEN Hongzhou^2
,

1.
College of Ocean Engineering, Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, China;
2.
College of Civil Engineering and Architecture, Northeast Electric Power University, Jilin 132012, China

Funds: The study is financially by the National Natural Science Foundation of China (No.51809039).

摘要: 为研究大波幅波浪作用下，非完全淹没水平圆柱所受波浪力的特征，基于黏性流理论采用有限体积法建立两相流数值波浪水槽模型，对不同波幅和圆柱垂向位置下非完全淹没水平圆柱所受波浪力进行了数值计算，并对波浪力和冲击力的特征进行了分析，讨论了冲击力与冲击速度的关系，结合经验计算公式拟合得到了冲击力系数。结果表明：波浪力的大小受波幅和圆柱垂向位置的影响比较显著，其影响机理与波浪场流体运动特性相关；冲击力的大小与冲击速度密切相关，而垂向冲击力在波浪力中起主导作用时，对应的最小预测冲击速度受圆柱垂向位置影响并不显著；不同圆柱垂向位置下冲击力系数随着波幅增大由分散性较强逐渐趋于集中。
- 水平圆柱 /
- 波浪力 /
- 冲击力 /
- 非完全淹没 /
- 数值模拟
Abstract: This study investigated the wave forces on an incompletely submerged horizontal circular cylinder under large-amplitude wave action using a viscous fluid numerical wave tank model based on the finite volume method. By analysing the characteristics of the wave and slamming forces on the circular cylinder,the influences of wave amplitude and vertical position of the cylinder on the wave forces were investigated,and the relationships between the slamming forces and velocity were discussed. The slamming coefficients were based on a data fitting method. The results showed that the wave forces were significantly influenced by wave amplitude and vertical position of the cylinder. The mechanism can be explained by the features of the fluid motion in the wave field. Although the slamming forces were closely related to the slamming velocity,the influence of the vertical position of the cylinder on the minimum predicted slamming velocity for the situation,in which the slamming forces play a dominant role in the wave forces,were unremarkable. As the wave amplitude increases,the distribution of the slamming coefficients for different vertical positions of the cylinder changes from dispersed towards focused.
- horizontal circular cylinder /
- wave force /
- slamming force /
- incompletely submerged /
- numerical simulation

[1]	侯精明, 张兆安, 马利平, 张大伟, 向立云, 汪煜, 李继成. 基于GPU加速技术的非结构流域雨洪数值模型 . 水科学进展, 2021, 32(4): 567-576. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2021.04.008
[2]	假冬冬, 王远见, 江恩惠, 邵学军, 张幸农. 小浪底水库淤积形态数值模拟 . 水科学进展, 2020, 31(2): 240-248. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2020.02.010
[3]	王璐阳, 张敏, 温家洪, 种振涛, YE Qinghua, KE Qian. 上海复合极端风暴洪水淹没模拟 . 水科学进展, 2019, 30(4): 546-555. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.04.010
[4]	杨氾, 潘军宁, 王红川. 考虑极端天气时港珠澳大桥人工岛设计波浪要素——I.数值模拟中不利台风路径选取 . 水科学进展, 2019, 30(6): 892-901. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.06.013
[5]	陈孝兵, 郑春阳, 袁越. 河床沉积物非均质性影响下的潜流交换数值模拟 . 水科学进展, 2019, 30(2): 220-229. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.02.007
[6]	季新然, 任智源, 柳淑学, 李金宣. 多向波浪作用下大尺度墩柱所受波浪力的试验研究 . 水科学进展, 2018, 29(4): 574-582. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2018.04.014
[7]	王玲玲, 王寅, 魏岗, 陆谦益, 徐津, 唐洪武. 内孤立波环境下圆柱和方柱受力特征——II.数值模拟 . 水科学进展, 2017, 28(4): 588-597. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2017.04.013
[8]	房克照, 刘忠波, 邹志利, 孙家文, 尹继伟. 波生沿岸流数值模拟 . 水科学进展, 2013, 24(2): 258-265.
[9]	张健, 杨立, 张士成, 吕事桂. 流动环境中圆孔水平热射流三维数值模拟 . 水科学进展, 2011, 22(5): 668-673.
[10]	董贵明, 束龙仓, 王茂枚, 鲁程鹏, 刘丽红. 渗流-水平井流耦合数学模型和数值模拟 . 水科学进展, 2009, 20(6): 830-837.
[11]	王俊杰, 王连堂. 大尺度墩柱上的波浪力的Nyström数值模型 . 水科学进展, 2009, 20(1): 124-128.
[12]	王军, 赵慧敏. 河流冰塞数值模拟进展 . 水科学进展, 2008, 19(4): 597-604.
[13]	李福田, 刘沛清, 马宝峰. 高拱坝宽尾墩三维流场数值模拟 . 水科学进展, 2005, 16(2): 185-188.
[14]	邓军, 许唯临, 杨忠超, 曲景学. 基岩冲刷的数值模拟 . 水科学进展, 2005, 16(1): 47-51.
[15]	戴会超, 王玲玲. 淹没水跃的数值模拟 . 水科学进展, 2004, 15(2): 184-188.
[16]	吴作平, 杨国录, 甘明辉. 河网水流数值模拟方法研究 . 水科学进展, 2003, 14(3): 350-353.
[17]	王玲玲, 严忠民. 石梁河水库消力池强紊动水流的数值模拟 . 水科学进展, 2002, 13(3): 363-367.
[18]	谭维炎, 施勇. 浅水障碍绕流的数值模拟 . 水科学进展, 1999, 10(4): 351-361.
[19]	毛晓敏, 杨诗秀, 雷志栋, 何长德, 周凯. 叶尔羌河流域裸地潜水蒸发的数值模拟研究 . 水科学进展, 1997, 8(4): 313-320.
[20]	马振海. 黄河倒灌渭河的数值模拟 . 水科学进展, 1995, 6(3): 211-217.

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非完全淹没水平圆柱上波浪力特征的数值模拟

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.05.015

毛鸿飞¹,
陈洪洲^2,

1. 广东海洋大学海洋工程学院, 广东湛江 524088;

2. 东北电力大学建筑工程学院, 吉林吉林 132012

基金项目: 国家自然科学基金资助项目（51809039）；广东海洋大学科研启动费资助项目（R19024）

作者简介:
毛鸿飞(1985-),男,辽宁铁岭人,讲师,博士,主要从事波浪与结构物相互作用方面研究。E-mail:maohongfei-gdou@qq.com

通讯作者: 陈洪洲,E-mail:379988848@163.com

收稿日期: 2019-04-01
刊出日期: 2019-10-25

中图分类号: TV139.2⁺6

关键词:

水平圆柱 /

波浪力 /

冲击力 /

非完全淹没 /

数值模拟

摘要: 为研究大波幅波浪作用下，非完全淹没水平圆柱所受波浪力的特征，基于黏性流理论采用有限体积法建立两相流数值波浪水槽模型，对不同波幅和圆柱垂向位置下非完全淹没水平圆柱所受波浪力进行了数值计算，并对波浪力和冲击力的特征进行了分析，讨论了冲击力与冲击速度的关系，结合经验计算公式拟合得到了冲击力系数。结果表明：波浪力的大小受波幅和圆柱垂向位置的影响比较显著，其影响机理与波浪场流体运动特性相关；冲击力的大小与冲击速度密切相关，而垂向冲击力在波浪力中起主导作用时，对应的最小预测冲击速度受圆柱垂向位置影响并不显著；不同圆柱垂向位置下冲击力系数随着波幅增大由分散性较强逐渐趋于集中。

English Abstract

Numerical simulation on characteristics of wave forces on an incompletely submerged horizontal circular cylinder

MAO Hongfei¹,
CHEN Hongzhou^2,

1. College of Ocean Engineering, Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, China;

2. College of Civil Engineering and Architecture, Northeast Electric Power University, Jilin 132012, China

Funds: The study is financially by the National Natural Science Foundation of China (No.51809039).

Received Date: 2019-04-01
Publish Date: 2019-10-25

Keywords:

Abstract: This study investigated the wave forces on an incompletely submerged horizontal circular cylinder under large-amplitude wave action using a viscous fluid numerical wave tank model based on the finite volume method. By analysing the characteristics of the wave and slamming forces on the circular cylinder,the influences of wave amplitude and vertical position of the cylinder on the wave forces were investigated,and the relationships between the slamming forces and velocity were discussed. The slamming coefficients were based on a data fitting method. The results showed that the wave forces were significantly influenced by wave amplitude and vertical position of the cylinder. The mechanism can be explained by the features of the fluid motion in the wave field. Although the slamming forces were closely related to the slamming velocity,the influence of the vertical position of the cylinder on the minimum predicted slamming velocity for the situation,in which the slamming forces play a dominant role in the wave forces,were unremarkable. As the wave amplitude increases,the distribution of the slamming coefficients for different vertical positions of the cylinder changes from dispersed towards focused.

毛鸿飞, 陈洪洲. 非完全淹没水平圆柱上波浪力特征的数值模拟[J]. 水科学进展, 2019, 30(5): 749-759. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.05.015

引用本文:

毛鸿飞, 陈洪洲. 非完全淹没水平圆柱上波浪力特征的数值模拟[J]. 水科学进展, 2019, 30(5): 749-759. doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.05.015

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非完全淹没水平圆柱上波浪力特征的数值模拟

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.05.015

作者简介: 毛鸿飞(1985-),男,辽宁铁岭人,讲师,博士,主要从事波浪与结构物相互作用方面研究。E-mail:maohongfei-gdou@qq.com

通讯作者: 陈洪洲,E-mail:379988848@163.com

Numerical simulation on characteristics of wave forces on an incompletely submerged horizontal circular cylinder

计量

出版历程

非完全淹没水平圆柱上波浪力特征的数值模拟

doi: 10.14042/j.cnki.32.1309.2019.05.015

1. 广东海洋大学海洋工程学院, 广东 湛江 524088; 2. 东北电力大学建筑工程学院, 吉林 吉林 132012

作者简介: 毛鸿飞(1985-),男,辽宁铁岭人,讲师,博士,主要从事波浪与结构物相互作用方面研究。E-mail:maohongfei-gdou@qq.com

通讯作者: 陈洪洲,E-mail:379988848@163.com

English Abstract

Numerical simulation on characteristics of wave forces on an incompletely submerged horizontal circular cylinder

1. College of Ocean Engineering, Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, China; 2. College of Civil Engineering and Architecture, Northeast Electric Power University, Jilin 132012, China

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作者简介:
毛鸿飞(1985-),男,辽宁铁岭人,讲师,博士,主要从事波浪与结构物相互作用方面研究。E-mail:maohongfei-gdou@qq.com

通讯作者:
陈洪洲,E-mail:379988848@163.com

1. 广东海洋大学海洋工程学院, 广东湛江 524088;

2. 东北电力大学建筑工程学院, 吉林吉林 132012

作者简介:
毛鸿飞(1985-),男,辽宁铁岭人,讲师,博士,主要从事波浪与结构物相互作用方面研究。E-mail:maohongfei-gdou@qq.com

1. College of Ocean Engineering, Guangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, China;

2. College of Civil Engineering and Architecture, Northeast Electric Power University, Jilin 132012, China