黏性波浪场与半潜平台相互作用的数值模拟

以N-S方程为控制方程,采用动量源方法,结合追踪自由面的VOF方法,基于FLUENT求解器,建立了同时具有造波和消波功能的数值波浪水槽.利用该数值水槽对黏性波浪场与半潜平台的相互作用问题进行了数值模拟,获得了黏性波浪场作用下半潜平台水动力载荷及其立柱表面波浪爬高的时历特性.研究表明,利用所建立的数值波浪水槽来研究黏性波浪场与深海平台非线性相互作用是一条有效的途径.     

基于数值波浪水池的波浪中船舶水动力计算

此文基于CFD方法建立了数值波浪水池,模拟了波浪的生成和传播,并对规则波浪中航行船舶的水动力进行了计算研究.文中讨论了适合船舶在波浪中航行的数值模拟的波浪环境表达,验证了参考坐标系下数值波浪水池中波浪生成和传播及消波等,模拟计算了多个航速项浪与斜浪航行的约束Wigley-Ⅲ船模的水动力以及项浪中航行船舶的波浪增阻.计算结果与DUT(Delft University of Technology)的试验数据及势流理论的结果吻合良好.对比和研究表明,本文的方法能细致描述船舶周围的流场,且比实验更易实现和控制,在船舶的水动力性能分析和运动预报等方面具有广阔的应用前景.     

数值波浪水池中航行船舶辐射问题的数值模拟

基于CFD方法,建立了数值波浪水池,就Wigley-Ⅲ船模在不同航速下摇荡运动辐射问题进行了数值模拟,给出了一种求解航行船舶辐射运动的水动力系数的方法.计算分析了船体相关模态运动的附加质量与阻尼,与势流理论结果、DUT(Delft University of Technology)的试验数据进行了比较,吻合良好.对比和研究表明,本文的方法比实验更易实现和控制,能细致描述船舶周围的流场,在船舶水动力性能的分析预报等方面具有广阔的应用前景.     

波浪——土体——结构物相互作用的有限元模拟

有限元模型结合无限元被发展用来模拟在波浪荷载作用下的海床以及结构物的动力特性。线性势能理论用于建立波浪运动的模型，毕奥特（Ｂｉｏｔ，１９４１）＾（１）理论则用以表示土体的骨架和孔隙流体的性质。为了有效地离散远场区的流体场和固体场，引入了无限元概念。数值实例表明，与分析法以及水力实验相比较，本文结合无限元的模型得出了合理的结果。     

一种高保真超长黏性数值波浪水槽

为实现波浪的超长距离传播和调制演变过程,该文提出一种高保真基于黏性流理论的数值波浪水槽。分别采用包含单元均值和点值(VPM, volume-average and point-value method)的有限体积法求解纳维斯托克斯方程及具有二次曲面性质和高斯积分的双曲正切函数(THINC/QQ, the tangent of hyperbola for interface capturing with quadratic surface representation and Gaussian quadrature)方法来重构自由面,建立以OpenFOAM底层函数库为基础的VPM-THINC/QQ模型。依据推板造波理论,在VPM-THINC/QQ模型中实现了波浪产生功能。在300 m的超长水槽中对深水波列进行模拟,得到波群的长时间非线性演化过程,并与文献结果进行了对比,结果表明:所开发的高精度数值波浪水槽可有效模拟深水波列的长时间传播和演变过程。     

透水柔性结构物与水流相互作用三维数值模拟

针对透水柔性结构物与水流相互作用的特征,基于三维N-S方程、κ-ε模型和透水柔性结构物动力学模式,采用有限控制体积方法和迎风格式,进行模型方程的数值离散,建立了适于模拟透水柔性结构物与水流相互作用的三维非恒定流数值模型.采用室内实验结果进行模型参数率定和验证,并在此基础上,分析了透水柔性结构物的水动力学特征及其水流场的影响.     

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.     

波浪与水面浮体相互作用中共振现象的数值模拟研究

该文基于不可压缩黏性流体的N-S方程和VOF方法,采用CFD软件FLUENT,对波浪与水面浮体相互作用中的共振现象,进行了数值模拟研究。首先研究了波浪越过潜堤后的波浪变化,验证了模型的准确性;而后基于动量源项造波方法,建立了前端消波的数值模型,并探讨了水上漂浮的两物体在波浪作用下的共振问题。结果表明:共振频率与共振峰值和实验数据吻合良好。另外还探讨了浮体的浸没水深对共振频率和共振峰值的影响。     

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。     

基于动量源方法的黏性流数值波浪水槽

以N-S方程为控制方程,采用VOF方法追踪自由面,通过在动量方程中添加附加源项的方法,发展了黏性流数值造波和消波的方法。基于Fluent求解器,建立了同时具有造波和消波功能的二维数值波浪水槽。进行了数值模拟分析,表明了数值造波和消波的有效性,并成功地数值模拟了在黏性流理论框架中水波与两个垂直刚性薄板相互作用产生的驻波等现象。     

计算域中存在直立岛式结构物时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,提出了岛体边界条件,利用缓坡方程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。模型适用于变水深水域问题,克服了解析解只能适用于等水深水域的不足。直立圆柱和无穷小厚度岛式防波堤周围波浪传播的数值算例表明,数值解与解析解吻合良好,说明所建立的数值模拟模型能有效地模拟复连通区域内的波浪传播。矩形固定式防波堤周围波浪场的数值模拟说明该模型对工程实际有较强的适应性。     

波浪作用下黏性土海床动力响应数值分析

波浪作用下黏性土海床的动力响应对于海洋建筑物的稳定性具有重要的影响。在大型有限元软件ABAQUS平台上进行二次开发,根据重复性原理(repeatability principle)在有限元模型中设置侧向边界条件,采用Carter等(1982)提出的改进剑桥动力本构模型模拟海床土体。首先通过与有关弹性海床在波浪荷载作用下力学响应的解析解的对比,在一定程度上验证了有限元模型的合理性。进而通过参数对比研究,探讨了波高、波浪周期、海床土体的渗透系数等因素对于弹塑性黏性土海床力学响应的影响。计算结果表明,在波高较大、周期较短、土的渗透系数较低情况下,容易导致黏性土海床丧失稳定性。     

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。     

直立圆柱与波浪的相互作用

本文根据线代波浪理论分析波浪和物体间的相互作用。波浪对运动物体的作用由耦合元方法计算,流体与固体的运动通过线化理论分解开来;根据耦合条件建立联列方程组,原则上该方法可用于任意形状物体和线性波之间的耦合运动,二个算例表明本方法是有效的。     

基于N-S方程的波浪与可渗防波堤相互作用的数值模拟

采用N-S方程作为波浪场和孔隙流域的控制方程,应用有限差分方法对控制方程进行离散求解,采用VOF方法跟踪自由表面,反复迭代求解得到整个流域的压力场和速度场,并分析堤后渗透波高随入射波高、入射波周期的变化规律。最后结合波浪水槽物理模型试验验证本文所建立的数学模型,验证结果表明,此文所建立的数学模型可较好的模拟波浪与可渗防波堤的相互作用。     

波浪与透空管防波堤的相互作用

用阻抗分析方法,对由透空管组成的防波堤的波浪反射与传递系数等水动力学特征进行研究。在对透空管线性和非线性消耗波能机理分析基础上,导出一组所有参数都是事先知道的、完全封闭的理论公式。计算结果与试验吻合很好。在此基础上分析了透空管防波堤的波浪反射系数、传递系数和能量耗散系数随相对管长、开孔率、周期和波陡的变化。     

基于时域格林函数的有航速船舶与波浪相互作用的数值模拟

基于深水时域格林函数的数值处理方法及开发的计算程序,采用三维时域数值模拟方法,在线性势流理论框架内对深海波浪中航行船舶的辐射问题和绕射问题进行了求解,研究探讨了航行船舶与波浪相互作用问题.研究中对不同航行速度的Wigley型船水动力系数和波浪力进行了数值计算,通过与试验及文献计算结果的比较,验证了三维时域数值计算程序的有效性.     

进水池波浪对泵房水流进水条件影响的数值模拟及实验

通过建立二维立面波浪的数值模型,模拟沿海工程中进水池内波浪在建筑物之间的传播过程.根据工程实际情况,以FLUENT软件为计算平台,在流场计算中设置动边界,模拟推板式造波机的运行过程,实现波浪环境的生成,并对此方法生成的波浪形态沿程衰减规律进行分析,得出符合实际波浪形态的水波.通过二维数值波浪的模拟,结合波浪理论,与物理...     

数值波浪水槽的建立与验证

由于Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程是从动量守恒定律出发，以对不可压缩粘粘性流体不引入地形限制，不考虑水深影响，是真正意义上从流体的运动规律出发的方程，因此本文以Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程为控制方程，用有限元法对它进行离散，建立了它的有限元特征方程，