通过书本上的内容我们知道,对于小直径立柱的计算我们使用的是Morison方程。莫里森认为波浪对柱体的作用主要是粘滞效应和附加质量效应引起。他的中心思想是把波浪力分成惯性力和阻力,他把惯性力与阻力之和算作波向力,即:59165

 其中 分别为水质点运动的水平速度和水平加速度,  为阻力系数,  为惯性力系数, 为水体密度,A 为圆柱截面面积

    在计算小直径柱体上的波浪作用力(顺向波浪力及横向力)时需要确定拖曳力系数 、惯性力系数 以及升力系数 ,对于莫里森方程进行波浪力的计算,我们需要认真的选取正确的系数。要确定水动力系数,首先需要获得实验数据(一般为波浪力及速度随时间的变化曲线),然后利用不同的方法来求得这些系数,通过对不同方法的研究,我们最终可以整合确定出水动力系数。

   确定水动力系数的实验有:

     (1)在大型的U型管中生成振荡流,该流为正弦,记录圆柱体受力及流体速度随时间的变化。

     (2)向静水中的圆柱体施加一个强迫振动。

     (3)在水槽里经行规则波实验。

    通过实验获得数据,这些数据为作用在立柱上的波浪力以及量测或计算得到的速度、加速度随着时间变化的曲线。我们在得到这些数据后,我们就可以采用合适的方法来估算得到水动力系数。

    Sarpkaya在U形管中做实验,他在实验中发现了KC数,与雷诺数和三大系数有着相应的变化关系。光华圆柱体的三大系数受着Re数和KC数的影响。而对于粗糙的立柱而言,系数值之间的相互影响有了一定的改变,当到达某一特定情况下论文网,三大系数几乎不受雷诺数的影响,只受KC数与粗糙程度的影响。Sarpkaya 在实验中测出了距离底部固壁不同距离处的水平圆管的水平力、垂直力,详细的分析了各水动力系数同KC数存在的关系。

    任佐皋通过建立物理模型的方法,分析了相对阻力系数的变化,他运用波流场的特征系数为参考量,给出了波流联合作用下单体桩波浪力的计算公式。根据实际测量,在最大的波流拟合下,其中,最佳阻力系数 Cd =1.22,惯性力系数 Cm =2.24 。

    钟声扬等专家通过在开敝吸式风浪水槽中进行模拟实验,研究得出垂直立柱的波浪载荷在线性波和强制波下有很大差异。在相同的参数条件下,线性波作用下的垂直立柱水动力系数小于强制波作用下的水动力系数,这也说明了线性波作用下的力小于强制波作用下的力。他们通过对此研究,并且给出了 范围内  的试验值。

    通过实验,俞聿修教授和张宁川专家测出了桩柱上的总波浪力。他们运用了互谱分析法,也同样引用了时域最小二乘法,测出了在规则波,特别是处于不规则波中单体直立桩柱上的正向力,给出了KC数、雷诺数和各水动力系数之间的关系,并研究了波浪频率变化情况下它们之间的关系,描绘了三大系数Cd 、Cm 与 KC 在规则波作用下的曲线和不规则波作用下的曲线。对于规则波,他们与Chakrabarti 作出的实验结果进行了比较,发现在这种情况下曲线趋势相似;对于不规则波下,通过时域分析、频域分析所得的 拖曳力系数 、惯性力系数 数据有所不同,所以针对不同的计算方法,我们应该选取对应的水动力系数值。

    Koterayama对实验做了2年的现场观测,测得半淹没下垂直圆立柱的阻力系数、惯性了系数 ,通过最小二乘法他发现KC值与水动力系数值之间存在着相应的计算关系。计算所得结果与实际测量出的结果几近相同,应此也证实了莫里森公式的权威性。

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