[发明专利]圆柱型构筑物的涌潮作用力计算方法

摘要

本发明涉及流体力学领域。目的是提供一种计算圆柱型构筑物上涌潮作用力的方法。该方法可根据现场极易获取的潮前水深、潮前流速、涌潮高度等基本参数，利用理论推导与室内试验得到的公式计算涌潮冲击圆柱型构筑物时的作用力。技术方案是：圆柱型构筑物的涌潮作用力计算方法，包括以下步骤：步骤一、获取相关数据：通过现场观测或试验测量的方法，获取某一涌潮的潮前水深、潮前流速、涌潮高度H、圆柱型构筑物直径D；步骤二、计算涌潮传播速度；步骤三、计算涌潮冲击力；步骤四、计算涌潮静水压差力；步骤五、计算涌潮绕流力；步骤六、计算涌潮作用力。

主权项

1.圆柱型构筑物的涌潮作用力计算方法，包括以下步骤：步骤一、获取相关数据通过现场观测或试验测量的方法，获取某一涌潮的潮前水深h₀、潮前流速V₀、涌潮高度H、圆柱型构筑物直径D；步骤二、计算涌潮传播速度将步骤一获取的相关数据，代入涌潮传播速度理论公式(1)，计算出涌潮传播速度c；h₁＝h₀+H  (2)式中：V₀为潮前流速，h₀为潮前水深，h₁为涌潮过后的水深，H为涌潮高度，g为重力加速度；步骤三、计算涌潮冲击力借鉴水流冲击力计算公式，利用室内试验结果率定冲击系数，推导出涌潮冲击力的计算公式(3)；再将步骤二获取的涌潮传播速度数据，代入涌潮冲击力的计算公式(3)，计算出涌潮冲击力F_I：λ＝0.058H+0.05  (4)式中：c为涌潮传播速度，ρ为水的密度；D为圆柱型构筑物直径；C_s为涌潮冲击系数，取值1.0～1.4，均值1.2；步骤四、计算涌潮静水压差力在涌潮冲击圆柱型构筑物时，由于潮头坡度的存在，圆柱型构筑物两侧会产生静水压力差，涌潮静水压差力F_s计算公式为：F_s＝ρgh_s(h₀+H‑h_s)D  (5)h_s＝λD  (6)式中：h_s为迎流面和背流面之间的水位差；步骤五、计算涌潮绕流力利用Morison公式，并忽略惯性力，可得到绕流力F_m的计算公式(7)：式中，为涌潮垂线平均流速；C_D为阻力系数，取值0.3～0.5，均值0.4；步骤六，计算涌潮作用力由步骤三至步骤五计算得到的涌潮冲击力、静水压差力以及绕流力，三者合计可计算涌潮作用力F_I(9)：F_T＝F_I+F_s+F_m  (9)。