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申请/专利权人：哈尔滨工业大学(威海)

摘要：波流联合激励下悬浮隧道管体动力响应的数值预报方法，涉及一种悬浮隧道管体动力响应的数值预报方法。为了解决目前的悬浮隧道管体动力响应的数值预报方法并没有考虑因漩涡发放引起的流体对管体的影响存在数值预报误差的问题。本发明首先对波浪场进行数值建模，再基于波浪场构建波流联合激励场，进而编写速度入口处的流体横坐标方向、纵坐标方向速度及波面变化UDF函数；使用四阶龙格‑库塔法离散悬浮隧道管体振动控制方程，进而编写包括悬浮隧道管体结构横荡方向和垂荡方向的速度u、v以及位移x、y的悬浮隧道管体动力响应UDF函数；基于通过AnsysFluent软件，导入编写的UDF函数并进行网格划分和数值模拟得到管体动力响应。

主权项：1.一种波流联合激励下悬浮隧道管体动力响应的数值预报方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、对波浪场进行数值建模，再基于波浪场构建波流联合激励场，得到波流联合激励下水质点的横坐标方向速度纵坐标方向速度以及波面方程进而编写速度入口处的流体横坐标方向速度、纵坐标方向速度的UDF函数，以及波面变化UDF函数；步骤二、使用四阶龙格-库塔法离散悬浮隧道管体振动控制方程，得到悬浮隧道管体结构的横荡方向速度u、垂荡方向速度v、横荡方向位移x、垂荡方向位移y以及初始时刻输入悬浮隧道管段的位置和速度条件，进而编写包括初始时刻输入悬浮隧道管段的位置和速度条件和悬浮隧道管体结构横荡方向和垂荡方向的速度u、v以及位移x、y的悬浮隧道管体动力响应UDF函数；步骤三、重叠网格划分与流固耦合数值模拟：首先确定悬浮隧道管体样式及其尺寸、锚索刚度ki、工程阻尼ci、淹没深度d、流速U、水深h、波幅A和波周期T参数，然后进行网格划分和数值模拟；进行网格划分的过程包括以下步骤：首先画出前景网格，前景网格计算域围绕悬浮隧道布置，要求围绕悬浮隧道管体表面的第一层网格高度及网格高度变化满足湍流模型的要求；随后确定整体流场域大小，画出背景网格；同时对部分网格计算区域进行加密，首先要对波浪的波高所占网格进行加密使之满足波浪模拟的要求；之后要对悬浮隧道管体的运动区域进行加密，保证其网格尺寸与前景网格边界网格的尺寸基本一致；进行数值模拟的过程包括以下步骤：通过AnsysFluent软件读入前景网格和背景网格文件，采用双精度求解器，选取瞬态计算方式，重力加速度方向选择竖直向下，湍流模型选取SSTk-omega模型；接着将多相流模型打开，选择水和空气作为两个计算相；随后导入步骤一和步骤二中的UDF函数；然后将悬浮隧道壁面以及上下流场边界设为壁面边界条件，出口设为压力出口，入口设为速度入口，并赋予步骤一中的UDF函数，前景网格边界设置为overset格式；在动网格设置中，分别给悬浮隧道壁面、前景网格计算域、前景网格边界赋予控制悬浮隧道管体动力响应的UDF函数；计算方法选择SIMPLE算法，瞬态控制方程选择一阶隐式方法；根据数值模拟前确定的流场数据，初始化整个流场，最后选取适当的计算时间步长进行计算，进而得到悬浮隧道管体横荡和垂荡的位移与时间的关系曲线，即为动力响应。

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