首页/文章/ 详情

海洋工程环境条件---波浪

1月前浏览8048

本文摘要(由AI生成):

文章主要介绍了海洋工程分析中常用的两种重力波:规则波和不规则波。规则波分为线性和非线性,线性波类似于正弦波,非线性更接近波浪传递的特征。不规则波是近似真实的海况,波浪本质上是随机过程,波高大小和周期符合统计规律。海浪谱是描述波浪分布特征的,常用的海浪谱有PM、Jonswap、ITTC、ISSC、Gaussian Swell等。风浪和涌浪是两种常见的海洋工程所需考虑的波浪类型,风浪周期小,涌浪周期长。各个海区的波浪分布也有所差别,如西北欧波高大、波陡大,南中国北部海波高大、波陡大,但程度比西北欧要弱,同时会出现涌浪。一般情况下对于导管架结构都用规则波分析,对于浮式结构进行性能分析、系泊分析时用不规则波。

波浪很复杂,我只能尽量通俗简单地介绍一下。

1.规则波与不规则波

规则波和不规则波是海洋工程分析中常用的两种重力波。规则波分线性、非线性两大类。线性波就像正弦波,非线性更接近波浪传递的特征,即波峰尖、波谷坦。表征规则波的基本就两个参数,波高H和周期T,还有一个限制条件波陡p。波陡这个东西很重要,它衡量的是波浪合理性。当波陡太大(譬如1/7)时,你得想想你输入的参数是不是有误的,因为大于这个波陡的波浪基本是不存在的,或者说是破碎的。从另一个角度来讲,波陡其实描绘的是波浪能量的传递特征,大于某个极限时,波浪不能保持原来的传递方式,稳定的能量传递就会破坏。

不规则波表征的是近似真实的海况,可以说规则波在真实的海洋上基本是不存在的。波浪本质上是个随机过程,波高大小和周期是符合统计规律的,一般情况下认为波浪式是窄带的瑞利分布。跟风一样,随机的波浪要用谱来描绘,而海浪谱其实是从能量的角度来描绘波浪分布的特征。

2.海浪谱的表征参数

一般常用的波浪谱有:PM、Jonswap、ITTC、ISSC、Gaussian Swell这几种。描述谱时通常用有义波高Hs、谱峰周期Tp、谱型参数Gamma。Hs表征的是波浪谱的能量等级,Tp表征的是波浪能量主要位置、Gamma表征的是波浪能量集中程度。

PM、ITTC、ISSC是不存在Gamma值的,一般认为Gamma等于1的Jonswap谱基本等效于这三种谱型,但其实是有差别的。在使用的时候需要稍加注意。

Gaussian Swell比较特殊,这个谱是描述涌浪使用,它没有Gamma,二有个a参数,这个参数最好看看规范在做决定。

3.风浪和涌浪

从成因上讲,波浪可以说大多是风产生的,当然地震产生的海啸属于比较特别的情况。一个海域风力较大时,该海域生成的都是碎片化的小波,这一般叫做“风生浪”(wind wave)。距离当前海域较远的地方产生的波浪由于各种外界条件的影响(譬如海底地形、地貌,海岸线分布走势等)传播到当前海域时呈现的是“长周期,低幅值”的特点,这一般叫做涌浪(swell wave)。这二者基本上涵盖了常见的海洋工程所需考虑的波浪类型,当然还有其他的,我在这不赘述。

风浪的周期小,涌浪的周期长。周期长就意味着波长长,这时对于大船长的结构物就比较严峻了。当波长短的时候,船体的中拱中垂不严重,因为船长会跨越多个波峰波谷;当波长长的时候,船有可能正好跨在一个波长的波浪上,这时中拱中垂量级会很大,比较危险。

4.各海区波浪特点

各个海区的波浪分布也有所差别:

在西北欧,由于西风带的影响,这地方波高大,波陡大,小的风生浪很多。

在几内亚湾、安哥拉、毛里塔尼亚涌浪比较明显。

在南中国北部海波高大,波陡也大,但程度比西北欧要弱,同时,这地方会出现涌浪。南中国海南部环境非常温和,偶尔来个台风基本上也就是8级左右。所以以后不要总说南海环境恶劣,要精确严谨的说“南海北部环境恶劣”,南部环境比较温和。

墨西哥湾波浪等级跟南中国海差不多。

巴西这地方环境很好,没啥说的。

5.分析考虑

一般情况下对于导管架结构都用规则波分析。

对于浮式结构进行性能分析、系泊分析时用不规则波。

接触过设计的都知道一般设计条件有OP(一年一遇)、EX(100一遇)或者还有Extreme OP(10年一遇)等等。现在进行分析的时候通常都面临一个问题:环境条件越来越严酷。由于种种原因,比如气象资料不足啦,环境分析方法不同啦什么的,造成很多情况下不同机构给出的极限设计条件是不一样的。国内某油田的百年一遇极限条件,国内某海洋所给出的结果比国外的小20%,只有把国内数据提高到500年一遇才和国外机构给的数据差不多。这样一来就面临一个问题:到底谁的对?

另外一点就是,现在的环境条件确实在变坏。同一地点同一种方法给出的2003年极限条件的有义波高和谱峰周期要比1993年增加5-10%。这就要求设计人员需要从”更保守“的角度来做设计,因为一般的浮式结构物服役时间都在10年以上。有可能在你做设计的时候满足要求,十年以后再一看就不满足要求了。

从另一个角度来讲优化是合理且有限度的,不合理的优化往往适得其反。

谢谢。

船舶油气
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2018-12-19
最近编辑:1月前
高巍
硕士 | 资深浮体工程... 资深海洋工程浮体工程师
获赞 45粉丝 498文章 49课程 5
点赞
收藏
未登录
还没有评论

课程
培训
服务
行家

VIP会员 学习 福利任务 兑换礼品
下载APP
联系我们
帮助与反馈