Моделирование воздействия внутренних волн на морские платформы для гидрологических условий шельфовой зоны о. Сахалин
Аннотация
Оцениваются динамические нагрузки на подводные вертикальные цилиндрические части морских платформ при воздействии полнонелинейных внутренних волн, генерируемых многокомпонентным баротропным приливом, распространяющимся вдоль вертикального разреза над неровностями дна в условиях Охотского моря (залив Анива, юго-восточная часть шельфовой зоны острова Сахалин). Эволюция этого процесса анализируется с помощью численной модели для уравнений Эйлера, описывающих движение несжимаемой стратифицированной по плотности жидкости в вертикальной плоскости. Интенсивность силы давления на подводную боковую поверхность опоры морской платформы и ее расчетный изгибающий момент выражаются в соответствии с формулой Морисона для цилиндрической сваи диаметром 2.5 м и высотой 42 м и рассчитаны как функции времени. Во время приливного цикла эти характеристики могут достигать значений 2.3∙105 Н и 4.8∙106 Н∙м, соответственно. Определена также частота появления больших пиковых значений в поле скорости внутренних волн и вероятности соответствующих этим пикам высоких нагрузок. Значительная неравномерность распределения скорости, а также динамических нагрузок по глубине является типичной особенностью воздействия внутренних волн.
Ключевые слова
внутренние волны,
сила сопротивления,
сила инерции,
крутящий момент,
уравнение Морисона,
придонная скорость
Об авторах
Е. А. Рувинская
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева
Россия
Россия
О. Е. Куркина
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева
Россия
Россия
А. А. Куркин
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева
Россия
Россия
А. И. Зайцев
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева; Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований ДВО РАН
Россия
Россия
г. Южно-Сахалинск
Список литературы
1. Bourgault D., Morsilli M., Richards C., Neumeier U., Kelley D.E. Sediment resuspension and nepheloid layers induced by long internal solitary waves shoaling orthogonally on uniform slopes. Continental Shelf Research. 2014, 72, 21—33.
2. Aghsaee P., Boegman L. Experimental investigation of sediment resuspension beneath internal solitary waves of depression. J. Geophys. Res. Oceans. 2015, 120, 5, 3301—3314.
3. Nishino S., Kawaguchi Y., Inoue J., Hirawake T., Fujiwara A., Futsuki R., Onodera J., Aoyama M. Nutrient supply and biological response to wind-induced mixing, inertial motion, internal waves, and currents in the northern Chukchi sea. J. Geophys. Res. Oceans. 2015, 120, 3, 1975—1992.
4. Wall M., Putchim L., Schmidt G. M., Jantzen C., Khokiattiwong S., Richter C. Large-amplitude internal waves benefit corals during thermal stress. Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences. 2015, 282, 20140650.
5. Wang Y.-H. Phytoplankton transport to coral reefs by internal solitons in the northern south China sea. Coral reefs. 2016, 35, 3, 1061—1068.
6. Rutenko A. N. The influence of internal waves on losses during sound propagation on a shelf. Acoustical Physics. 2010, 56, 5, 703—713.
7. Yang T. C. Acoustic mode coupling induced by nonlinear internal waves: Evaluation of the mode coupling matrices and application. Journal of the Acoustical Society of America. 2014, 135, 2, 610—625.
8. Wei G., Du H., Xu X., Zhang Y., Qu Z., Hu T., You Y. Experimental investigation of the generation of large-amplitude internal solitary wave and its interaction with a submerged slender body. Science China Physics, Mechanics and Astronomy. 2014, 57, 2, 301—310.
9. Cai S., Xu J., Chen Z., Xie J., Deng X., Lv H. The effect of a seasonal stratification variation on the load exerted by internal solitary waves on a cylindrical pile. Acta Oceanologica Sinica. 2014, 33, 7, 21—26.
10. Chakrabarti S. Handbook of offshore engineering. London, Elsevier, 2005, 1321 p.
11. Osborne A. R. Nonlinear ocean waves and the Inverse Scattering Transform. San Diego, Elsevier, 2010, 944 p.
12. Cai S., Long X., Gan Z. A method to estimate the forces exerted by internal solitons on cylindrical piles. Ocean Engineering. 2003, 30, 5, 673—689.
13. Cai S., Long X., Wang S. Forces and torques exerted by internal solitons in shear flows on cylindrical piles. Applied Ocean Research. 2008, 30, 1, 72—77.
14. Song Z. J., Teng B., Gou Y., Lu L., Shi Z. M., Xiao Y., Qu Y. Comparisons of internal solitary wave and surface wave actions on marine structures and their responses. Applied Ocean Research. 2011, 33, 2, 120—129.
15. Si Z., Zhang Y., Fan Z. A numerical simulation of shear forces and torques exerted by large-amplitude internal solitary waves on a rigid pile in South China Sea. Applied Ocean Research. 2012, 37, 127—132.
16. Xie J., Jian Y., Yang L. Strongly nonlinear internal soliton load on a small vertical circular cylinder in two-layer fluids. Applied Mathematical Modelling. 2010, 34, 8, 2089—2101.
17. Xie J., Xu J., Cai S. A numerical study of the load on cylindrical piles exerted by internal solitary waves. Journal of Fluids and Structures. 2011, 27, 8, 1252—1261.
18. Du T., Sun L., Zhang Y., Bao X., Fang X. An estimation of internal soliton forces on a pile in the ocean. J. Ocean Univ. China. 2007, 6/2, 101—116.
19. Newman J. N. Marine Hydrodynamics. Cambridge, MIT Press, 1977, 402 p.
20. Aleshkov Yu. Z. The theory of the interaction of waves and obstacles. Leningrad, LST Publ., 1990, 371 p. (in Russian).
21. Khalfin I. Sh. The impact of waves on the offshore oil and gas facilities. Мoscow, Nedra, 1990, 312 p. (in Russian).
22. Zhang D., Paterson E. G. A study of wave forces on an offshore platform by direct CFD and Morison equation. Proc. of 2nd Symposium on OpenFOAM in Wind Energy. 2014, 1—34.
23. Housseine C., Monroy C., de Hauteclocque G. Stochastic Linearization of the Morison Equation Applied to an Offshore Wind Turbine. Proc. ASME. 56574; Volume 9: Ocean Renewable Energy, V009T09A040, May 31, 2015, OMAE2015-41301.
24. Morison J. R., O'Brien M. P., Johnson J. W., Schaaf S. A. The forces exerted by surface waves on piles. Petroleum transactions, AIME. 1950, 189, 149—157.
25. Tovstik P. E., Tovstik T. M., Shekhovtsov A. S., Shekhovtsov V. A. Motion of a flowing cylinder under waves. Vestnik St. Petersburg Univ., ser. 1. 2012, 3, 137—143 (in Russian).
26. Lighhill M. J. Fundamentals concerning wave loading on offshore structures. Journal of Fluid Mechanics. 1986, 173, 667—681.
27. Tyugin D. Yu., Kurkin A. A., Pelinovsky E. N., Kurkina O. E. Increase of productivity of software package for modeling of internal gravity waves IGW Research with the help of Intel® Parallel Studio XE 2013. Fundamentalnaya i Prikladnaya Gidrofizika. 2012, 5, 3, 89—95 (in Russian).
28. Rouvinskaya E. A., Kurkina O. E., Kurkin A. A. Modeling of internal weather in the ecosystem of the stratified sea shelf. Ecological Systems and Devices. 2011, 6, 8—16 (in Russian).
29. Romanov A. A., Sedaeva O. S., Shevchenko G. V. Seasonal and tidal variations of the sea level between Hokkaido and Sakhalin Islands based on satellite altimetry and coastal tide gauge data. J. Pacific Oceanography. 2004, 2, 117—125.
Рецензия
Для цитирования:
Рувинская Е.А., Куркина О.Е., Куркин А.А., Зайцев А.И. Моделирование воздействия внутренних волн на морские платформы для гидрологических условий шельфовой зоны о. Сахалин. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2017;10(4):61-70.
For citation:
Rouvinskaya E., Kurkina O., Kurkin A., Zaytsev A. Modeling of internal wave action on offshore platforms for hydrological conditions of the Sakhalin shelf zone. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2017;10(4):61-70.
Просмотров:
67
Послать статью по эл. почте 