极地地区地理位置特殊、资源丰富，全球变暖使极地航道有望成为重要的国际运输干线，极地船舶与海洋结构物的设计研发工作需要更深入的基础研究。本书以势流理论为基础，基于流域分解法，利用边界元法，以单冰间航道、多冰间航道、非冻结港口、冰层覆盖冻结港口四种典型极地冰区限制水域为例，进行了极地冰区限制水域海洋结构物水动力、波动模拟匹配计算方法的深入研究与介绍，旨在为极地冰区水动力学研究提供相关理论依据，使读者对典型极地冰况下浮体极地航道港口的水动力载荷求解方案有所掌握，为极地作业海洋结构物的设计制造提供坚实技术支撑。
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目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 国内外研究现状 4
1.2.1 水波、海冰相互作用 4
1.2.2 水波、海冰与结构物相互作用 10
1.2.3 小结 13
1.3 本书主要研究工作 14
第2章 基于势流理论的冰区流场定解问题 18
2.1 概述 18
2.2 流域基本方程 18
2.2.1 基本假设 18
2.2.2 坐标系定义 18
2.2.3 流域方程 19
2.3 自由面边界条件 19
2.3.1 运动学条件 20
2.3.2 动力学条件 20
2.4 海冰覆盖边界条件 20
2.4.1 海冰覆盖层水表面运动学条件 21
2.4.2 海冰覆盖层水表面动力学条件 21
2.4.3 海冰侧表面边界条件 25
2.4.4 海冰的端点边界条件 25
2.5 其他边界条件 25
2.6 稳态解与边界条件的线性化 26
2.7 色散方程 27
2.7.1 自由面流域色散方程 27
2.7.2 海冰覆盖流域色散方程 28
2.8 边界积分方程与Green函数解法 28
2.9 流域分解 29
2.10 本章小结 29
第3章 冰间航道船舶横切片水动力计算方法 30
3.1 概述 30
3.2 冰间航道流场的数学描述 30
3.2.1 分域模型建立与坐标系定义 30
3.2.2 基本方程与边界条件 31
3.3 各子域的数学推导与处理 32
3.3.1 二维冰域内的级数展开 32
3.3.2 二维冰域内的边界积分方程 33
3.3.3 自由面流域内Green函数法 35
3.4 子域交界面上的匹配处理 36
3.5 数值离散 38
3.6 二维浮体水动力系数与运动方程 38
3.7 二维冰间航道浮体水动力程序验证与数值计算 39
3.7.1 有效性验证 39
3.7.2 冰吃水对水动力的影响 44
3.7.3 结构物尺度比对水动力及运动响应的影响 50
3.8 本章小结 54
第4章 多冰间航道水波散射近似计算方法 56
4.1 概述 56
4.2 多冰间航道流场的数学描述 56
4.2.1 问题描述与坐标系建立 56
4.2.2 基本方程与边界条件 57
4.3 流域分解匹配 58
4.3.1 第一种流域分解匹配方式 58
4.3.2 第二种流域分解匹配方式 61
4.4 基本解的由来 63
4.4.1 第一种流域分解的基本解 63
4.4.2 第二种流域分解的基本解 63
4.5 多冰间航道内水波散射程序的验证与分析 64
4.5.1 近似方法的适用性和准确性 65
4.5.2 多个相同子域内的水波散射特性 66
4.5.3 海冰长度对多冰间航道的影响 73
4.5.4 冰间航道宽度对多冰间航道的影响 75
4.5.5 非均匀多冰间航道模拟 76
4.6 本章小结 79
第5章 三维开敞港口内浮体水动力计算方法 80
5.1 概述 80
5.2 无冰港口航道内流场的数学描述 80
5.2.1 模型分域与坐标系的建立 80
5.2.2 流域方程与边界条件 81
5.3 两个子域内的数学推导 82
5.3.1 港口内域边界积分方程的建立 82
5.3.2 港口外域边界积分方程的建立 83
5.4 内外域的匹配与离散 84
5.5 三维浮体水动力和运动方程85
5.6 三维无冰港口浮体水动力程序验证与数值分析 86
5.6.1 有效性验证 86
5.6.2 水动力系数的振荡特性 89
5.6.3 浪向角对浮体的影响 97
5.6.4 浮体停靠位置对浮体的影响 100
5.6.5 限制水域地形对浮体的影响 105
5.7本章小结 110
第6章 三维冰层覆盖港口散射波浪场计算方法 111
6.1 概述 111
6.2 冰层覆盖港口流场的数学描述 111
6.2.1 模型分域与坐标系定义 111
6.2.2 流域方程与边界条件 112
6.3 两个子域内的数学推导 114
6.3.1 内域速度势级数展开与边界积分方程的建立 114
6.3.2 侧向固壁条件的处理 115
6.3.3 外域边界积分方程的建立 116
6.4 连续性条件的处理 117
6.5 数值离散 119
6.6 三维冰层覆盖港口水波散射程序验证与数值计算 119
6.6.1 有效性验证 120
6.6.2 冰厚对海冰覆盖港口的影响 122
6.6.3 浪向角对海冰覆盖港口的影响 127
6.6.4 冰层覆盖港口流域散射分布特性 130
6.7 本章小结 137
参考文献 139
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