。1044 北京科技大学学报 2006年第11期 2-kg,则水平速度和水平加速度的表达式可简 速度和加速度随水深的变化关系.可以看出：在 化为： 任何相位处水深80m以下水平速度接近于0：加 ωHkz. 速度除了位相为0°时，在其余位相下，也在水深 lx= 2 e cos0 10) 80m以下趋于0°：在0°到90°位相这个1/4周期 sino 范围内，水质点的速度随位相的增大逐渐减小，而 = (11) 加速度则逐渐增大速度最大值发生在0°位相 图1和图2显示了在五种位相下水质点水平 上，而加速度最大值发生在90°位相上. 12 1.0 ◆0° 0.8 30° 60° ●90° 0.6 0.4 0.2 0 -16.5 -38.560.5825-45-26.5-485-05-25-245-236.5 深度，之m 图1水质点水平速度在不同位相时随深度的变化曲线 Fig.I Horizontal velocity of the water particle as a function of depth below ocean surface at different Phase angles 1.0r 0.8 -10° 0.6 30° 60 0.4▲ 90° 0.2 0 之怡音一■西■一量量一自自音音音音音音一青 1.2 -27.5 -60.5 -93.5 -126.5 -159.5 -192.5 -225.5 深度.m 图2水质点水平加速度在不同位相时随深度的变化曲线 Fig 2 Horizontal acceleration of the water particle as a function of depth below ocean surface at different phase angles 3.1不同深度扬矿管所受液动力情况 3 液动力分析 以1=1时刻为例.分别考虑海浪和海流在 Fu={3 D-ms0+015叶 单独作用的情况下，=1时刻不同深度扬矿管所 受的液动力，计算结果如图3 1000+z 12 0.622× 1000 as0叶 由图3可以看出：(1)由海浪引起的拖曳力在 在z=0处最大，并随水深绝对值的增加而迅速 12 递减由于海浪在一80m以下速度趋于零，所以 015+0.622× 1L000士2 dz+ 1000 由海浪引起的拖曳力在水深一80m以下可以忽 略不计.(2)由海流引起的拖曳力随着水深绝对 42 (12) 值的增加而递减.经监测，海流在海底z= 一1km的速度为0.15m·s,一直到海底由海流 dx_9=。cos(k-a,可得x与 引起的拖曳力仍然存在，并在提升泵(z= 1的函数，代入式(12)中，即可求出(z1一z2)段的 一300m)以下保持在30~40.5N之间.(3)惯性 力和扬矿管的直径和截面形状有关，随着水深绝 扬管历受到的水平液动热mi Joul Electronic Publishing House.All rights reserved..htp:www.cmki.nctω 2=kg, 则水平速度和水平加速度的表达式可简 化为 : ux = ωH 2 e kz cosθ ( 10) ux t = ω2 H 2 e k z sinθ ( 11) 图 1 和图 2 显示了在五种位相下水质点水平 速度和加速度随水深的变化关系.可以看出:在 任何相位处水深 80 m 以下水平速度接近于 0 ;加 速度除了位相为 0°时, 在其余位相下, 也在水深 80 m 以下趋于 0°;在 0°到 90°位相这个 1/4 周期 范围内, 水质点的速度随位相的增大逐渐减小, 而 加速度则逐渐增大, 速度最大值发生在 0°位相 上, 而加速度最大值发生在 90°位相上. 图1 水质点水平速度在不同位相时随深度的变化曲线 Fig.1 Horizontal velocity of the water parti cle as a function of depth below ocean surface at different Phase angles 图2 水质点水平加速度在不同位相时随深度的变化曲线 Fig.2 Horizontal acceleration of the water particle as a function of depth below ocean surface at different phase angles 3 液动力分析 F to tal =∫ z 2 z 1 1 2 CD ρSW D ωH 2 e kz cosθ+0.15 + 0.622 × 1 000 +z 1 000 12 × ωH 2 e kz cosθ+ 0.15 +0.622 × 1 000 +2 1 000 12 dz + ∫ z 2 z 1 CM ρSW πD 2 4 ω 2 H 2 e kz sinθdz ( 12) 由 ux = d x d t = φ x = ωH 2 e kz cos( kx -ωt), 可得 x 与 t 的函数, 代入式( 12)中, 即可求出( z 1 -z 2)段的 扬矿管所受到的水平液动力. 3.1 不同深度扬矿管所受液动力情况 以 t =1 时刻为例 .分别考虑海浪和海流在 单独作用的情况下, t =1 时刻不同深度扬矿管所 受的液动力, 计算结果如图 3 . 由图 3 可以看出 :( 1)由海浪引起的拖曳力在 在 z =0 处最大, 并随水深绝对值的增加而迅速 递减, 由于海浪在 -80 m 以下速度趋于零, 所以 由海浪引起的拖曳力在水深 -80 m 以下可以忽 略不计 .( 2) 由海流引起的拖曳力随着水深绝对 值的增加 而递减 .经监测, 海 流在海 底 z = -1 km的速度为 0.15 m·s -1 , 一直到海底由海流 引起 的拖 曳力 仍然 存在, 并在 提升 泵 ( z = -300 m) 以下保持在 30 ～ 40.5 N之间 .( 3) 惯性 力和扬矿管的直径和截面形状有关, 随着水深绝 · 1044 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 11 期