水下近水面爆炸兴波

本文基于对水下爆炸兴波物理过程的分析,建立了气泡出水问题的简化力学模型。利用不均匀网格的MAC方法对小当量情况进行了数值试验。计算结果与实测结果在水柱大小和兴波高度上的一致表明本文所提出的模型和计算方法是合理、可行的。     

水中结构物附近三维爆炸气泡的数值模拟

该文阐述水下爆炸结构物附近三维非对称气泡运动的计算模型,基于势流理论采用边界积分法求解拉普拉斯方程。通过与参考文献实验的比较,验证了计算模型的正确性。最后以椭球形结构物下方爆炸气泡为算例进行详细的数值模拟和分析,获得气泡运动规律、流场压强变化,结构物危险载荷及其分布情况,旨在为工程领域水下爆炸气泡运动规律探索以及结构物的破坏机理研究提供参考。     

波浪冲击过程的湍流数值模拟

本文通过无反射数值波浪水槽研究了周期波浪对浪溅区结构物的冲击作用，控制方程为雷诺时均方程，采用ｋ－ε紊流模型及在近壁区应用壁函数。建立了适合ＶＯＦ方法的水体与结构物接触与分离的数值边界条件及动量方程的对流项采用了三阶迎风差分格式以消除数值粘性的影响。通过数模得到了波浪对位于浪溅区结构物底面的波浪冲击压力幅值及沿底面分布的定量结果，讨论了不同结构物尺度及距静水面高度对冲击压力沿建筑物底面分布的影响，     

聚焦波浪与直立圆柱作用的数值模拟

基于Fluent平台建立了可用于波浪传播模拟的数值计算水槽,利用不同波浪参数的线性规则波模拟分析了网格尺度L/Δx对产生波浪质量的影响,确定数值水槽的网格划分尺度,并验证了阻尼消波的有效性。在此基础上,用模拟频谱的方法对聚焦波浪的传播进行了数值模拟,通过数值模拟与物理试验不同位置处的聚焦波波面和聚焦点下水质点速度时间过程线对比,验证了模拟频谱方法数值计算的有效性。进一步对聚焦波浪与直立圆柱的作用进行了数值模拟,数值模拟聚焦波面过程、聚焦波浪水质点速度、圆柱周围波浪波动过程、圆柱上所受的波压力等,并与试验结果进行了对比,数值计算结果与试验结果吻合很好,验证了所建立的数值水槽的有效性。对聚焦波波面和压力特征值进行了误差分析,并分析了误差的产生原因,为进一步研究聚焦波浪与工程结构物的作用奠定基础。     

大尺度柱状结构物波流荷载研究

大型深水工程往往面临水深、浪大以及流急等复杂自然条件,将受到巨大的水平波流力,在工程设计中需准确考虑波流力的大小.通过在波流水槽进行圆柱、方柱和矩形柱波流力系列试验,进行大尺度柱状结构物波流荷载研究,同时建立数学模型,应用边界元法求解大尺度柱体上的波浪荷载,编写了Fortran程序计算波浪力,运用柱体绕流理论计算水流力.对比分析试验结果和数值计算结果提出了波流力工程计算方法:对于深水大尺度柱状结构物波流力可由波浪力线性迭加水流力再乘以1.04得到,计算中波浪要素采用水流影响下的要素,水流力采用柱体绕流求得.按此方法计算波流力,并与物理模型试验结果进行对比,两者误差较小,满足工程设计的精度要求.     

DTC在斜浪作用下船舶漂移力的计算

船舶在波浪中行驶时,船体会在波浪力的作用下改变原有的航向。为了估计波浪对船舶操纵性能的影响,该文对波浪作用下的DTC(Duisburg Test Case)船模进行了计算,对船舶受到的平均波浪力进行了分析并与试验进行了对比。计算基于自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器,利用VOF(Volume of Fluid)方法对自由液面求解,利用重叠网格技术和六自由度运动模块对船舶的波浪运动响应进行了计算,利用waves2Foam开源程序对数值波浪进行模拟。计算结果显示,波浪平均漂移力的计算结果与试验结果吻合良好,波浪频率对船体受力及运动起主导作用。同时计算也捕捉到了波浪对船体的强烈砰击作用。该文实现了对波浪漂移力的精确模拟,为进行船舶在波浪中的运动计算模拟及分析提供了支持。     

波浪与透空式水平板相互作用数值模拟研究

基于计算流体动力学软件Flow3D,建立了模拟规则波与透空式水平板相互作用的三维数值波浪水槽。将数值模拟结果与实验资料进行了对比验证,结果表明,所建三维数值波浪模型能准确计算出作用在平板上的波浪浮托力,并能很好地模拟出波浪遇平板发生的波面流场变化及作用在平板底部压强分布变化。将模型应用于计算作用在海洋平台主船体底部波浪浮托力,所得结果可为工程设计提供参考依据。     

波流联合作用下的物体上的波浪绕射力

本文研究了在波流联合作用下的任意三维物体的波浪绕射问题,建立了求解物体上的波浪绕射力的时域解理论模型。本文证明了对于任意三维物体,如果在自由面条件简化时,假设定常兴波势为有限量阶,则在波浪绕射力公式中,不存在含有绕射势的水线积分项。从数学上证明了水线积分项反映了自由面条件中定常兴波势和不定常势之间的耦合效应。在此基础上,本文提出了在波流联合作用情况下,作用在物体上的绕射力与辅助辐射势之间的关系式,从而不须求解绕射势便可得到绕射力。     

直立岛式结构物周围波浪传播的数值模拟

针对计算域中存在直立岛式结构物的复连通区域,基于时间关联型缓坡方程和相应的边界条件,建立了在计算域中存在直立岛式结构物时波浪传播的数值模拟模型.该模型不仅适用于变水深问题,而且适用于模拟线性波浪的时间和空间演化过程.对直立岛式防波堤及直立方柱周围波浪传播变形的数值模拟表明,所建立的模型能够有效地模拟计算域内存在直立岛式结构物的波浪绕射和反射问题.     

考虑球面波效应的水下爆炸冲击因子

水工建筑物的安全防护关系着国防和民生安全,目前还缺少有效的指标评估水下爆炸冲击波对大坝等结构的作用。水下爆炸冲击波通常以球状向四周传波,本文推导了球面波作用下结构的总能量,由此建立了水下爆炸冲击因子衡量结构的振动与变形响应。针对正面挡水、背面临空的平板结构,分别开展了数值模拟及离心水下爆炸试验研究,通过数值模拟,验证了在相同冲击因子条件下,爆距的变化几乎不影响平板产生的应变能和动能。随后采用本文所得的冲击因子对离心水下爆炸试验结果进行整理,并与传统的比例距离、平面波冲击因子等指标的分析结果进行对比。本文所得的冲击因子可以统一描述近场和远场水下爆炸作用。