[发明专利]一种粘性势流理论分析方法

说明书

本发明提供了一种粘性势流理论分析方法，属于水动力分析技术领域。本发明的理论分析方法，在海洋结构物窄缝入口边界引入非线性压力损失条件，在分析求解过程中，将整个流体域划分为多个区域，利用多极子展开方法得到外部开阔流体区域的速度势级数表达式；最后将边界离散，结合窄缝入口边界的非线性压力损失条件以及其他相邻区域公共边界上的法向速度连续条件和压力连续条件，求解出所有边界上每个单元的速度势和速度势的法向导数，得到海洋结构物之间窄缝内的共振波高和结构物受到的波浪力。本发明有效考虑窄缝内的波能耗散，合理计算窄缝内的共振波高以及结构物受到的波浪力，计算效率高。

技术领域

本发明属于水动力分析技术领域，具体涉及一种粘性势流理论分析方法。

背景技术

波浪作用下，多体海洋结构物之间窄缝内的流体共振运动对结构物安全性有着重要影响。传统势流理论模型能够准确地预测窄缝内的流体共振频率，但由于无法考虑实际流体粘性所引起的波浪能量耗散，海洋结构物之间窄缝内的共振波高往往被严重高估，影响结构物安全性能的评估。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种粘性势流理论分析方法，有效考虑多体海洋结构物之间窄缝流体区域内的波浪能量耗散，合理计算窄缝内的共振波高、结构物承受的波浪力等水动力参数。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种粘性势流理论分析方法，具体为：

在多体海洋结构物窄缝入口边界引入非线性压力损失条件：其中，φ^-为窄缝内部流体区域的速度势，φ⁺为窄缝外部流体区域的速度势，ω为圆频率，ζ是无因次能量耗散系数，n是窄缝边界上的单位法向矢量，定义指出流体区域为正；

建立能够将所有海洋结构物完全覆盖的虚半球面，球心位于静水面，半径为a；将整个流体区域划分为三类区域：第一类区域I，所有窄缝内部的流体区域；第二类区域II，虚半球内部但不包括第一类区域的流体区域；第三类区域III，虚半球面外部的开阔流体区域；

在区域I和区域II中，利用格林第二定理，将空间复速度势φ满足的控制方程的解转换为求解边界积分方程：

在区域III中，利用多极子展开法得到速度势级数表达式：

且：

其中，S_I和S_II分别表示区域I和区域II的边界，G(x；x₀)是格林函数，n_I和n_II分别是边界S_I和S_II上的单位法向矢量，φ₀是入射波的速度势，K为入射波的波数，b_mn、c_mn、d_mn和e_mn是待定的展开系数，是连带勒让德函数，(r,θ,β)表示球坐标系，m、n为非负整数；所述速度势表达式用于获取区域II虚半球面上速度势和速度势导数之间的关系，所述区域II虚半球面上速度势和速度势导数之间的关系的获取过程为：通过将虚半球边界离散，并截断速度势表达式中的级数得到关系式，在区域II和区域III的公共边界上，根据压力连续和法向速度连续以及所述截断级数的关系式，得到速度势和速度势导数之间的关系；