極地冰區(qū)限制水域海洋結(jié)構(gòu)物水動力學(xué)
極地地區(qū)地理位置特殊、資源豐富，全球變暖使極地航道有望成為重要的國際運輸干線，極地船舶與海洋結(jié)構(gòu)物的設(shè)計研發(fā)工作需要更深入的基礎(chǔ)研究。本書以勢流理論為基礎(chǔ)，基于流域分解法，利用邊界元法，以單冰間航道、多冰間航道、非凍結(jié)港口、冰層覆蓋凍結(jié)港口四種典型極地冰區(qū)限制水域為例，進(jìn)行了極地冰區(qū)限制水域海洋結(jié)構(gòu)物水動力、波動模擬匹配計算方法的深入研究與介紹，旨在為極地冰區(qū)水動力學(xué)研究提供相關(guān)理論依據(jù)，使讀者對典型極地冰況下浮體極地航道港口的水動力載荷求解方案有所掌握，為極地作業(yè)海洋結(jié)構(gòu)物的設(shè)計制造提供堅實技術(shù)支撐。
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目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4
1.2.1 水波、海冰相互作用 4
1.2.2 水波、海冰與結(jié)構(gòu)物相互作用 10
1.2.3 小結(jié) 13
1.3 本書主要研究工作 14
第2章 基于勢流理論的冰區(qū)流場定解問題 18
2.1 概述 18
2.2 流域基本方程 18
2.2.1 基本假設(shè) 18
2.2.2 坐標(biāo)系定義 18
2.2.3 流域方程 19
2.3 自由面邊界條件 19
2.3.1 運動學(xué)條件 20
2.3.2 動力學(xué)條件 20
2.4 海冰覆蓋邊界條件 20
2.4.1 海冰覆蓋層水表面運動學(xué)條件 21
2.4.2 海冰覆蓋層水表面動力學(xué)條件 21
2.4.3 海冰側(cè)表面邊界條件 25
2.4.4 海冰的端點邊界條件 25
2.5 其他邊界條件 25
2.6 穩(wěn)態(tài)解與邊界條件的線性化 26
2.7 色散方程 27
2.7.1 自由面流域色散方程 27
2.7.2 海冰覆蓋流域色散方程 28
2.8 邊界積分方程與Green函數(shù)解法 28
2.9 流域分解 29
2.10 本章小結(jié) 29
第3章 冰間航道船舶橫切片水動力計算方法 30
3.1 概述 30
3.2 冰間航道流場的數(shù)學(xué)描述 30
3.2.1 分域模型建立與坐標(biāo)系定義 30
3.2.2 基本方程與邊界條件 31
3.3 各子域的數(shù)學(xué)推導(dǎo)與處理 32
3.3.1 二維冰域內(nèi)的級數(shù)展開 32
3.3.2 二維冰域內(nèi)的邊界積分方程 33
3.3.3 自由面流域內(nèi)Green函數(shù)法 35
3.4 子域交界面上的匹配處理 36
3.5 數(shù)值離散 38
3.6 二維浮體水動力系數(shù)與運動方程 38
3.7 二維冰間航道浮體水動力程序驗證與數(shù)值計算 39
3.7.1 有效性驗證 39
3.7.2 冰吃水對水動力的影響 44
3.7.3 結(jié)構(gòu)物尺度比對水動力及運動響應(yīng)的影響 50
3.8 本章小結(jié) 54
第4章 多冰間航道水波散射近似計算方法 56
4.1 概述 56
4.2 多冰間航道流場的數(shù)學(xué)描述 56
4.2.1 問題描述與坐標(biāo)系建立 56
4.2.2 基本方程與邊界條件 57
4.3 流域分解匹配 58
4.3.1 第一種流域分解匹配方式 58
4.3.2 第二種流域分解匹配方式 61
4.4 基本解的由來 63
4.4.1 第一種流域分解的基本解 63
4.4.2 第二種流域分解的基本解 63
4.5 多冰間航道內(nèi)水波散射程序的驗證與分析 64
4.5.1 近似方法的適用性和準(zhǔn)確性 65
4.5.2 多個相同子域內(nèi)的水波散射特性 66
4.5.3 海冰長度對多冰間航道的影響 73
4.5.4 冰間航道寬度對多冰間航道的影響 75
4.5.5 非均勻多冰間航道模擬 76
4.6 本章小結(jié) 79
第5章 三維開敞港口內(nèi)浮體水動力計算方法 80
5.1 概述 80
5.2 無冰港口航道內(nèi)流場的數(shù)學(xué)描述 80
5.2.1 模型分域與坐標(biāo)系的建立 80
5.2.2 流域方程與邊界條件 81
5.3 兩個子域內(nèi)的數(shù)學(xué)推導(dǎo) 82
5.3.1 港口內(nèi)域邊界積分方程的建立 82
5.3.2 港口外域邊界積分方程的建立 83
5.4 內(nèi)外域的匹配與離散 84
5.5 三維浮體水動力和運動方程85
5.6 三維無冰港口浮體水動力程序驗證與數(shù)值分析 86
5.6.1 有效性驗證 86
5.6.2 水動力系數(shù)的振蕩特性 89
5.6.3 浪向角對浮體的影響 97
5.6.4 浮體�？课恢脤Ω◇w的影響 100
5.6.5 限制水域地形對浮體的影響 105
5.7本章小結(jié) 110
第6章 三維冰層覆蓋港口散射波浪場計算方法 111
6.1 概述 111
6.2 冰層覆蓋港口流場的數(shù)學(xué)描述 111
6.2.1 模型分域與坐標(biāo)系定義 111
6.2.2 流域方程與邊界條件 112
6.3 兩個子域內(nèi)的數(shù)學(xué)推導(dǎo) 114
6.3.1 內(nèi)域速度勢級數(shù)展開與邊界積分方程的建立 114
6.3.2 側(cè)向固壁條件的處理 115
6.3.3 外域邊界積分方程的建立 116
6.4 連續(xù)性條件的處理 117
6.5 數(shù)值離散 119
6.6 三維冰層覆蓋港口水波散射程序驗證與數(shù)值計算 119
6.6.1 有效性驗證 120
6.6.2 冰厚對海冰覆蓋港口的影響 122
6.6.3 浪向角對海冰覆蓋港口的影響 127
6.6.4 冰層覆蓋港口流域散射分布特性 130
6.7 本章小結(jié) 137
參考文獻(xiàn) 139
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