周期性内波与潜体相互作用的试验研究(2)

徐小辉，等：周期性内波与潜体相互作用的试验研究 191

为正；Fy 为垂直方向所受的力（N），垂直向下为正；Mz 为xy平面内所受的力矩（N?m），顺； ρ 为时针为正； A 为水平迎水面积（m）

液体的密度 （kg/m）；g 为重力速度 （m/s）； H 为试验水深H=h1+h2（m）。

图9 内波波浪力无量纲值随周期变化规律

D

图8是内波周期为T=10s和摇板角度为35时的模型波浪力（水平力、垂向力和力矩）时历曲线和对应的幅频响应曲线，其中时历曲线中粗虚线

3

2

2

为0.5 Hz的低通滤波后的曲线。由图可知，当摇板的周期为10s时，模型的响应频率为0.0977Hz，与内波的激励频率（0.1Hz）是基本一致的，此时模型的动力响应达到最大，模型发生了主共振。此外由幅频响应曲线可知，模型在水平方向和垂直方向存在2倍的倍频响应。

图10 内波波浪力无量纲值随波幅变化规律

图9为内波波浪力的无量纲值的周期变化规律。由图可知，细长体模型在三个不同潜深位置处，随着内波周期的增加，内波波浪力（水平力、垂向力和力矩）都有不同程度的减小，其中垂向波浪力

192 水 动 力 学 研 究 与 进 展 A辑2011年第2期

幅值与水平波浪力和垂向力矩相比更大，因此可以预测在内波激励下，模型的运动响应主要表现为垂向振荡。图10给出了细长体模型位于三个不同潜深位置处，内波波浪力随内波波高的变化情况。由图可知，内波波高越高，内波波浪力（水平力、垂向力和垂向力矩）就越大。

图11给出了当摇板角度为35、内波波高为10cm和周期T=10s时，内波波浪力无量纲值随细长体模型潜深的变化规律。由图可知，在跃层位

，细长体模型所受的垂向力和力矩置（d=50cm）

大于模型在跃层上方（d=40cm）和跃层下方（d=59.3cm）的情况，而水平方向受力情况刚好相反。这说明在内波的波峰波谷处，水流的作用对波浪力的贡献更大，因而跃层上下方的水平波浪力较跃层处大。

图11 内波波幅为10 cm，周期T=10s，摇板角度为35D时

内波波浪力无量纲值随模型潜深的变化规律

D

直方向上所受的波浪力和力矩会随着内波周期和内波波幅的增大而增大。

（2）不同潜深处，试验模型在密度跃层处所受的垂向波浪力和力矩远大于在混合层上方和混合层下方所受的波浪力，而试验模型在跃层上方和下方所受的水平波浪力大于在跃层处所受的水平波浪力。

（3）在周期性内波激励下，试验模型有倍频等非线性动力响应现象发生。

本文是在实验室条件下研究周期性内波与细长迴转体模型的相互作用问题。由于受到试验条件本身的限制，尚无法考虑模型试验中诸如尺度效应等问题，因此相关结果的应用仅作参考。

参 考 文 献:

岛: 中国海洋大学出版社, 2005.

[1] 方欣华, 杜涛. 海洋内波基础和中国海内波[M]. 青 FANG Xin-hua, DU Tao Fundamentals of oceanic

internal waves and internal waves in China Seas[M]. [2] 李家春. 水面下的波浪—海洋内波[J]. 力学与实践,

2005, 27(2): 1-6.

Qingdao: China Ocean University Press, 2005.

LI Jia-chun. Billow under the sea surface-internal

waves in the ocean[J]. Journal of Mechanics in Engineering, 2005, 27(2): 1-6.

[3] STUROVA I V. Scattering of surface and internal

waves on a submerged body [J]. Computational [4] YEUNG R W, NGUYEN T. Radiation and diffraction of

waves in a two-layer fluid[C]. Proceedings of the 22th Symposium on Naval Hydrodynamics ONR, 1999. [5] 尤云祥, 缪国平, 程建生, 等. 两层流体中水波在刚

性垂直薄板上的反射与透射[J]. 力学学报, 2005, 37(5): 529-541.

YOU Yun-xiang, MIU Guo-ping, CHEN Jian-sheng, et

al. Reflection and transmission of water waves past a vertical thin barrier in a two-layer fluid[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2005, [6] 叶春生, 沈国光. 海洋内波对小尺度圆柱体作用力的

分析与计算[J]. 天津大学学报, 2005, 38(2): 102-108. YE Chun-sheng, SHEN Guo-guang. Numerical

calculation and analysis about internal wave’s force on small-scale cylinder[J]. Journal of Tianjin University, [7] 姚金伟, 蔡泽伟, 祝会兵, 等. 潜体在两层海内波中

2005, 38(2): 102-108. 37(5): 529-541. 875-887.

Technology, Novosibirsk, 1993 (2): 30-45.

综上所述，在密度分层的海洋环境中，潜体在内波作用下所受的水平力、垂向力和力矩及其变化规律是不同的。海洋内波对水下航行体产生的波浪载荷，不仅将直接影响到航行体的运动性能和动力性能，从而威胁其适航性能，而且由海洋内波引起的航行体倍频等非线性动力响应，还可能导致其产生高频颤振等结构响应现象。因此，海洋内波对水下航行体的影响是不可忽视的。

4 结论

本文采用摇板造波方式，在上海交通大学大型分层流水槽中试验研究了密度分层流体中周期性内波与细长体潜体模型相互作用的规律。通过对潜体模型内波波浪力的定量测量与分析，获得以下主要结论：

（1）在同一潜深处，试验模型在水平和、垂

徐小辉，等：周期性内波与潜体相互作用的试验研究

的波浪力计算[J]. 水动力学研究与进展, A辑, 2006, 21(3): 293-298.

YAO Jin-wei, CAI Ze-wei, ZHU Hui-bing, et al. The

calculated force of the underwater body in the two-layer ocean internal waves[J]. Journal of Hydrodynamics, Ser. [8] 尤学一, 李占. 密度层化流体波动场中小尺度水平圆

柱体受力模拟[J]. 天津大学学报, 2008, 41(7): 854-898.

YOU Xue-yi, LI Zhan. Simulation of wave force on

small-scale horizontal cylinder in density stratification sea water movement[J]. Journal of Tianjin University, [9] 付东明, 尤云祥, 李巍. 两层流体中内孤立波与潜体

相互作用数值模拟[J]. 海洋工程, 2009, 27(3): 38-44. FU Dong-ming, YOU Yun-Xiang, LI Wei. Numerical

simulation of internal solitary waves with a submerged body in a two-layer fluid[J]. Journal of the Ocean [10] 徐肇廷, 陈旭, 吕红民, 等. 内波场中水平桩柱波阻

的实验研究[J]. 中国海洋大学学报, 2007, 37(1): 1-6. Engineering , 2009, 27(3): 38-44. 2008, 41(7): 854-898. A, 2006, 21(3): 293-298.

193

XU Zhao-tin, CHEN Xu, LV Hong-ming, et al. An experimental study of wave-resistance of a horizontal cylinder in internal waves[J]. Journal of Ocean

[11] 尤云祥, 胡天群, 徐昊, 等. 分层流体中内波与半潜

平台相互作用的模型试验[J]. 力学学报, 2010, 42(3): 400-406.

YOU Yun-xiang, HU Tian-qun, XU Hao, et al. Experiments on the interaction of internal waves with the semi-submersible platform in a stratified fluid[J]. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics,

[12] 陈杰, 尤云祥, 刘晓东, 等. 内孤立波与有航速潜体

相互作用数值模拟[J]. 水动力学研究与进展, A辑, 2010, 25(3): 344-351.

CHEN Jie, YOU Yun-xing, LIU Xiao-dong, et al.

Numerical simulation of interaction of internal solitary waves with a moving submarine[J]. Chinese Journal of Hydrodynamics, 2010, 25(3): 344-351. 2010, 42(3): 400-406.

University of China, 2007, 37(1): 1-6.

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库周期性内波与潜体相互作用的试验研究(2)在线全文阅读。