極地冰區船舶與海洋工程水動力學研究獲進展

近日，江蘇科技大學教授吳國雄帶領團隊，研究得出了極地冰緣區斷裂冰層帶脈動源擾動流場顯示積分解，並首次開發了斷裂冰層帶流場數值分析方法。相關成果發表在《流體物理學》上。

論文通訊作者吳國雄介紹，該項研究通過對擾動自由表面波和冰層內彎曲重力波各波浪成分的遠方漸進特性分析，發現當冰區航道尺度較大時，在浮體與兩側冰層耦合作用過程中，可以只近似考慮非衰減成分波的影響。

在此基礎上，研究小組開發了大尺度冰區航道內浮體水動力的快速近似計算方法。通過該項研究，顯式地揭示了冰區航道內船舶水動力隨波浪場和冰區航道尺度的變化規律和作用機理。

論文第一作者、研究小組成員李志富告訴記者，該項研究發現，與開場水域中波物作用問題不同，斷裂冰層帶覆蓋流場中的結構物，其所受水動力載荷隨頻率震蕩變化，在波浪入射場中更容易發生大幅共振運動。研究首次揭示了彎曲重力波布拉格共振對斷裂冰層帶海洋結構物水動力特性的影響規律，即：在stopping band內，物體的水動力特性基本不隨兩側斷裂冰層數目發生變化，而在stopping band外，隨著兩側斷裂冰層數目的增加，物體的水動力將隨頻率變化震蕩更加劇烈。

據悉，該項研究從勢流理論出發，首次系統地推導了斷裂海冰覆蓋流場中脈動格林函數的顯式積分表達式，顛覆了以往學者們普遍認為在極地非連續冰區脈動源擾動流場不存在顯示積分解的觀點。研究中得到的顯示積分解，非常適合於極地冰區海洋結構物水動力數值分析程序的開發。

此外，研究中還首次得到了非連續冰區流場多極函數，並給出了規則柱體的標準解析式。相關研究對我國極地船舶與海洋工程裝備的設計研發，具有十分重要的理論指導意義。

（來源：《流體物理學》 吳國雄等）

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