全非线性深水波的Green-Naghdi理论研究

全非线性深水波的数值模拟对于深海工程有着重要意义.应用二维深水G-N理论的控制方程,得到深水LevelⅢ G-N理论和Level Ⅳ G-N理论的线性解析解.采用深水Level Ⅲ和Level Ⅳ G-N理论对单色波进行数值模拟.提出适用于G-N理论的非线性造波边界条件,使用线性造波边界条件的结果与使用非线性边界条件的结果基本一致,因此可以使用线性造波边界叠加的方法来模拟不规则波.采用深水LevelⅢG-N理论模拟全非线性双色波和不规则波,并与线性解析解进行比较,结果表明使用深水LevelⅢG-N理论并配合线性造波边界条件来模拟全非线性深水不规则波是可行的.     

基于泰勒展开边界元方法的某半潜式平台水动力计算分析

为了研究一阶泰勒展开边界元方法对半潜式平台的水动力性能以及运动响应的预报精度,将其计算结果与商业软件AQWA的计算结果进行比较。在试验结果的基础上,通过对两种计算方法结果的比较分析,表明一阶泰勒展开边界元方法计算结果与AQWA的计算结果吻合较好,而且一阶泰勒展开边界元方法有着较好的收敛速度,可用于半潜式平台水动力分析,本文工作也为该类平台的水动力响应分析提供了参考。     

势粘流单向耦合的直立圆柱波浪爬升模拟

针对单固定直立圆柱的波浪爬升问题,本文采用势粘流单向耦合技术对波浪爬升过程中波面高度与圆柱水平、垂向波浪力进行了数值预报。采用STAR-CCM+求解器对数值结果进行了网格收敛性分析,研究了圆柱壁面附近的网格参数。通过比较不同波陡波浪下的波浪爬升高度,一、二阶波面在圆柱周围的空间分布,以及流场绕射演化过程图,分析了非线性波浪绕射的特征;比较了不同波况下波浪爬升过程中圆柱体受力。结果表明:在波陡为1/10的强非线工况下迎浪位置的波面最大值可达到2倍的波幅。短波下圆柱周围波面的二阶效应明显,而长波下二阶量接近于零。本文采用的势粘流单向耦合方法对于波面和波浪力的预报结果与试验吻合良好,并且计算所需要的网格数要小于计算流体力学方法。     

二维浮体大幅运动水动力物面非线性时域解

基于时域自由面格林函数，建立了线性自由面条件下计及物体大幅运动瞬时湿表面条件的非线性水动力理论计算模型，重点研究了时域分布源在水线上的特性，指出了传统分布源法在处理浮体与自由面外张斜交的计算失败的原因，并提出了新的时域分布源数值计算模型，对实船计算表明，这种新模型简便有效。     

三体船在斜浪规则波中运动响应预报方法研究

对于三体船在波浪中的水动力预报,航速效应和主体与片体间水动力干扰效应是水动力载荷合理预报的关键之处,需合理考虑.二维半势流理论可较为准确反映上述效应,已在三体船顶浪中垂向运动响应理论预报上获得了较为满意的结果.在此基础上,该文探讨了该方法在三体船斜浪中运动特别是横摇预报上的应用.为较准确获得三体船横摇运动时粘性阻尼贡献,采用三体船模静水中自由横摇衰减试验获得了自由横摇运动衰减曲线,并经能量法处理获得了船舶横摇阻尼系数.然后,结合二维半理论,获得了三体船运动数值解.数值解与斜浪规则波中运动响应模型试验结果符合较好,反映本文所采用的数值方法可较好地预测三体船斜浪中水动力载荷和运动,可用于三体船在波浪中耐波性评估.     

Unstructured finite volume method for water impact on a rigid body

A new method is presented for the water impact simulation, in which the air-water two phase flow is solved using the pressure-based computational fluid dynamics method. Theoretically, the air effects can be taken into account in the water structure interaction. The key point of this method is the air-water interface capture, which is treated as a physical discontinuity and can be captured by a well-designed high order scheme. According to a normalized variable diagram, a high order discrete scheme on unstructured grids is realised, so a numerical method for the free surface flow on a fixed grid can be established. This method is implemented using an in-house code, the General Transport Equation Analyzer, which is an unstructured grid finite volume solver. The method is verified with the wedge water and structure interaction problem.     

基于GN模型的孤立波碰撞数值模拟

为验证GN模型在模拟非线性波相互作用方面的性能,对2个孤立波迎面碰撞问题进行数值模拟.对Demirbilek和Webster提出的GN模型的算法进行改进,提高了计算效率.考察了使用2种不同造波边界条件对孤立波数值模拟的影响.使用Level Ⅱ浅水GN波浪模型对2个孤立波的迎面碰撞问题进行数值模拟.GN模型给出了碰撞过程...     

二维时域格林函数的数值计算

本文研究了船舶水动力学问题中二维时域格林函数及其偏导数的算法，并将其表达为与两个基本函数有关的形式，提出了一种快速求取这些函数值的造表插值方法。对于线元上常数源强分布数值模型，发现格林函数偏导数沿线元的积分也可表达为关于上述两个基本函数的解析形式。     

高速细长体理论在双体船运动计算中的应用

给出一种基于高速细长体理论的预报排水型双体船在波浪上运动性能的数值方法。在高速细长体理论的定解条件中,自由面条件是三维的,而控制方程和物面条件则是二维的,所以高速细长体理论常被称为二维半理论。采用时域自由面Green函数将定解问题转化为物面上的积分方程,进而求解水动力系数和船舶运动方程。对NPL系列双体船型的运动性能作了理论预报,并与实验结果和用切片法的理论预报结果作了比较。比较结果表明,高速细长体理论的预报结果与试验结果相当接近,而切片理论运用于双体船时,由于受到纯二维假定的限制,在某些离散频率出现水动力干扰现象,导致运动预报偏离试验结果。     

半潜柱体垂荡运动二阶水动力分析

非线性波物相互作用一直是深海工程领域关心的热点问题,因此有必要采用二阶时域理论对非线性波物相互作用问题进行研究分析.对自由面条件和物面条件进行Taylor级数展开和Stokes摄动展开得到一阶和二阶边值问题.使用基于Rank ine源的边界元法计算每一时刻的流场,并在自由面上采用积分格式的自由面条件;在远方控制面上采用多次透射边界条件;同时,对做强迫正弦垂荡的半潜柱体进行了时域模拟,讨论了二阶水动力对浮体受力的影响,并将数值结果与相关文献中的结果进行了比较和分析.结果表明采用文中方法得到的数值结果准确、稳定和高效.