船舶與海洋結(jié)構(gòu)物水動力分析作業(yè)

1、1、 關(guān)于附加質(zhì)量1786年P(guān).L.G.杜布阿特在他的水力學(xué)原理一書中詳細(xì)敘述了他在水中進(jìn)行震蕩圓球的阻力實驗時，首先發(fā)現(xiàn)圓球的非定常阻力與它所挾帶的流體質(zhì)量有關(guān)。即圓球具有附加質(zhì)量后應(yīng)較它的真實質(zhì)量為大。1828年F.W.貝賽爾進(jìn)行擺的長度實驗時，也觀察到類似的現(xiàn)象，他還將物體所增加的慣性（即附加質(zhì)量）用于物體同體積的流體質(zhì)量的n倍來表示，并用球擺分別在空氣與水中進(jìn)行試驗，所獲得的n值為0.9與0.6。所謂附加質(zhì)量力（視質(zhì)量力）即流體中的顆粒所受的一種力，它是由于要使顆粒周圍流體加速而引起的附加作用力。當(dāng)顆粒在流體中作加速運動時，它要引起周圍流體做加速運動。由于流體有慣性，表現(xiàn)為對顆粒有一個

2、反作用力。這時，推動顆粒運動的力將大于顆粒本身的慣性力，就好像顆粒質(zhì)量增加了一樣。所以這部分大于顆粒本身慣性力的力叫附加質(zhì)量力。附加質(zhì)量可以通過實驗或理論分析得到，實驗研究表明運動流體中結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量為 （1）式中，為流體密度，表示結(jié)構(gòu)的幾何外形，為流體運動速度的幅值，為流體運動頻率，為結(jié)構(gòu)特征尺度，為流體運動的最大雷諾數(shù)，為流體粘性系數(shù)。而在靜止流體中，結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量可以表示為 （2）式中，為結(jié)構(gòu)在某個方向上的振動幅值，為結(jié)構(gòu)振動頻率，為類雷諾數(shù)。當(dāng)不考慮流體的壓縮性及粘性時，可利用勢流理論來分析結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量，此時附加質(zhì)量僅與結(jié)構(gòu)的形狀有關(guān)，即 （3）實驗研究與理論分析均表明，當(dāng)流體和結(jié)構(gòu)

3、的馬赫數(shù)、振動幅值相對于結(jié)構(gòu)尺寸都很小，并且類雷諾數(shù)很大時，式（3）具有很好的精確性。即對式（1）要求有， （4）對式（2）要求有， （5）式中，為聲速。這里需要指出的是附加質(zhì)量的影響會隨著結(jié)構(gòu)振動頻率的提高而降低。此外，結(jié)構(gòu)的附加質(zhì)量和流體的邊界條件密切相關(guān)，本文所討論的流體的邊界都在無窮遠(yuǎn)處。然而，研究直水道中物體水動力系數(shù)規(guī)律問題時，流體邊界不可以看做無窮遠(yuǎn)。上述方法也就不適用。2、 關(guān)于切片法切片理論以其建模簡單、計算效率高、精度滿足工程需求等優(yōu)點受到船舶設(shè)計師的青睞。切片法的基本思想是將橢球體沿長度方向劃分為一系列片體，把每個片體當(dāng)成截面不變的柱體，對于每個片體的振蕩運動來說，所要求

4、解的流場都是二維的，忽略片體間流場的相互干擾，將各個片體的流體作用力沿橢球體長度方向積分便可以得到作用于整個橢球體的流體作用力。二維水動力系數(shù)和波浪干擾力，可以通過許多數(shù)值方法計算，求解二維擾動流場和計算剖面二維水動力系數(shù)的方法主要有：1分布奇點法。通過在原物體表面連續(xù)分布強度待定的奇點來求解二維擾動流場的方法，統(tǒng)稱為分布奇點法。這些奇點可以是點源、偶極子或它們的組合，其中以分布點源最為常見，稱為分布源法(源匯分布法。2多極展開法。多極展開法首先將真實剖面保角變換為單位圓，然后在新的復(fù)數(shù)平面內(nèi)借助一組升冪奇點勢來求解二維擾動流場，這也是本文所采用的方法。3其它方法。以上兩種方法在實際應(yīng)用中得到了廣泛應(yīng)用，除此之外還有簡單格林函數(shù)法、流體有限元法等。源匯分布法，它可適用于任意船型的剖面，但存在著