一种应用于浮式平台的内波流载荷获取方法

摘要

本发明涉及一种应用于浮式平台的内波流载荷获取方法，其包括以下步骤：1)建立内波流的描述方程；2)获取内波流的波面时程；3)获取内波流流速和加速度；4)求取内波流载荷。本发明由于在获取内波流载荷时将内波流流速和加速度随时间的变化考虑在内，从而能够考虑到作用在平台上的拖曳力和惯性力随时间的变化，使得最终得到的内波流载荷是一个随时间变化的时程，因而得到的内波流载荷更加准确。本发明可以广泛应用于浮式平台的内波流载荷的获取。

主权项

一种应用于浮式平台的内波流载荷获取方法，其包括以下步骤：1)建立内波流的描述方程为：$\frac{\partial \eta (x,t)}{\partial t}+(C_0+\alpha \eta (x,t\left)\right)\frac{\partial \eta (x,t)}{\partial x}+\beta \frac{{\partial }^3\eta (x,t)}{\partial x^3}=0---\left(1\right)$其中，η(x,t)为内波流的波面时程，t为时间，x为目标浮式平台的坐标，C₀为内波流的线性速度，α为非线性参数，β为弥散参数；2)获取内波流的波面时程：根据式(1)可以推导得出内波流的波面时程表示为：$\eta (x,t)=\pm {\eta }_0{\mathrm{sech}}^2\left(\frac{x-C_{p}t}{l}\right)---\left(2\right)$其中，C_p为内波流的非线性速度，l为内波流的特征波长，η₀为内波流的波幅；3)获取内波流流速和加速度：假设内波流有两个分层，上层流体流速u₁与下层流体流速u₂相反，上层流体厚度为h₁,下层流体厚度为h₂，上层流体密度为ρ₁，下层流体密度为ρ₂，对式(2)进行求导得到内波流的上层流体流速u₁和下层流体流速u₂：然后对式(3)进行求导即可得到内波流的上层流体加速度a₁和下层流体加速度a₂：4)求取内波流载荷：根据内波流的描述方程得到内波流流速、加速度的分布，将浮式平台的将内波流载荷F分成拖曳力F_D和惯性力F_I两部分，即：F＝F_D+F_I    (5)其中，拖曳力F_D可表示为：$F_D=\frac{C_d}{2}{\mathrm{\rho Au}}^2---\left(6\right)$式中，A为受流面积；ρ为海水密度，u为内波流流速，当浮体处在上层流体中时：ρ＝ρ₁，u＝u₁,当浮体处在下层流体中时，ρ＝ρ₂，u＝u₂；C_d为拖曳力系数，根据模型试验方法或者根据规范的方法来计算获得；惯性力F_I可表示为：F_I＝C_mρVa    (7)其中，V为目标浮式平台的排水量；a为内波流加速度，当浮体处在上层流体中时：a＝a₁,当浮体处在下层流体中时，a＝a₂；C_m为附加质量系数，根据势流理论的水动力软件计算获得。