浮体在波浪水池中运动的边壁效应研究

水池模型试验是研究船舶或海洋平台在波浪中运动这一水动力学问题的重要手段，但由于水池的两个侧壁和底部的存在，与开阔水域中船舶或海洋平台的真实运动相比，所测得的试验数据中必然包含了边壁效应的影响。本项目采用计及粘性耗散的开阔水域自由面频域格林函数，进一步考虑水池边壁对波浪的部分反射，基于点源镜像法构造能够充分反应波浪传播过程中能量耗散的水池格林函数，应用面元法求解浮体在波浪水池中运动的辐射和绕射问题，给出一种准确估计水池试验时浮体运动、一阶波浪力和二阶慢漂力测量中边壁效应的方法，揭示边壁效应的水动力机理，研究成果将可以用于指导水池模型试验。本项目的特色与创新之处在于，首次将粘性势流理论用于解决浮体在波浪中的运动分析，首次给出可计及粘性耗散和水池边壁部分反射效应的水池格林函数的解析表达式及其快速数值算法，所得到的结论将为模型试验中波浪频率的选取和有效测量时间的界定提供一个显式的判断衡准。

本项目通过考虑流体粘性影响结合传统的势流理论，以海洋浮体结构为主要研究对象，应用面元法求解浮体在波浪水池中运动的辐射和绕射问题。.项目组完成情况及取得成果如下：.（1）基于势流理论和计及流体粘性系数的自由面方程，构造了计及粘性耗散的开阔水域自由面频域格林函数，部分修正了势流理论浮体流场计算中未计及流体粘性的数值影响。.（2） 基于点源镜像法构造出计及粘性耗散和水池边壁部分反射效应的水池格林函数的解析表达式，揭示了边壁效应的水动力机理。.（3） 研究了计及粘性耗散和水池边壁部分反射效应的水池格林函数的快速数值算法，编制了浮体流场数值计算程序。.（4） 开发了浮体在波浪水池中计及粘性耗散和水池边壁部分反射效应的运动数值程序，对截断圆柱、半球、方形结构等几种典型形状浮体进行数值计算，并与公开发表的水池模型试验结果进行了对比研究。 .（5）本项目发表了相关论文4篇，其中国内期刊1篇，国际期刊2篇，国际会议论文1篇。.（6）本项目负责人于2011年赴希腊雅典参加了第26届国际水波浮体会议，并于会议期间对本项目的研究内容做了专题报告。于2013年赴美国休斯敦参加了OTC会议，与与会专家进行了讨论交流。