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.     

带异形块体海堤越浪的数值模拟

该文在FLUENT软件平台上，发展了数值消波-造波技术，通过在动量方程里添加多孔介质源项，建立了带有多孔介质模型的二维数值波浪水槽。应用该数值波浪水槽，数值模拟了在斜坡堤坡面上铺设异形块体情况下的越浪过程，给出了越浪量。为了率定异形块体的等效惯性阻力系数，进行了典型工况的物理模型实验，给出了在斜坡堤坡面上不同位置处铺设一层异形块体情况下多孔介质模型的等效阻力系数。     

数值水池的一种有效的数值消波方法

本文通过将波高所满足的方程分解成等效的两个x和y方向的一维方程，提出了一种在求解Boussinesq 型方程中进行数值消波的有效方法，在求解方程时采用了一种精度较高的预报校正迭代方法。给出的方法用有实验结果的多向不规则波例子进行了验证。数值结果与实验结果相当吻合。本文的方法解决了波浪仿真中的关键技术：数值消波。     

基于VOF法的波浪数值模拟水槽(池)建立探索

基于CFD技术建立的数值波浪水槽试验,使用了波浪理论构建的数值水槽模型,在一定程度上能够代替物理实验的波浪水槽.数值波浪水槽构建难点在于实际波浪由于受到建筑物、地形等影响,往往会发生破碎、涡旋等现象,造波消波方法的选择也会对数值水槽建立和计算的准确性产生不同程度的影响.本文采用FLOW-3D软件,利用VOF方法,建立波...     

数字波浪槽在防波堤预设计中的应用

传统的以物理模型进行的防波堤断面实验被以计算机进行的数字波浪槽代替,边界造波为Bretschneider/Mit-suyasu波浪谱,防波堤断面根据海港水文规范(简称“规范”)设计。以改进的Boussinesq波浪方程,通过引入波浪反射项以数值模拟实现了波浪在水槽中传播的全过程。通过数值水槽获得了波浪在本文防波堤断面前0.45的反射系数,将数值模拟的结果和规范中的反射系数进行了对比得出,数字波浪水槽有满意的精度以及在规范中使用了一定的安全系数,表明数字波浪槽在防波堤的预设计中有重要作用。     

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，     

基于RANS方程的海堤越浪数值模拟

基于FLUENT商业化软件,以RANS方程为控制方程,基于有限体积法,采用k-epsilon湍流模型,运用一种“解析松弛”方法实现了适用于VOF方法的数值源造波技术。在该数值波浪水槽中对规则波在不可渗透简单斜坡堤上越浪过程进行了数值模拟,将越浪量计算值同物理实验结果及基于非线性浅水方程的数值结果进行了比对。结果表明：该数值模型能够较好地复演海堤越浪过程,同基于非线性浅水方程的数值结果相比,能更有效地模拟含有强烈卷吸、射流和破碎的海堤越浪问题。     

数值波浪水槽中的斜坡式孔隙结构规则波消波研究

基于Flow3D的有限差分求解程序、RNGκ-ε模型、VOF自由表面跟踪法建立了二维数值波浪水槽模型,模型开边界处采用斜坡式孔隙结构结合Sommerfeld辐射边界条件对波浪进行吸收处理。通过采用入反射波分离方法,得到水槽中的波浪反射系数,定量分析影响孔隙结构消波效果的参数,得到最优参数组合。经验证,数值波浪水槽中具备最优消波参数组合的斜坡孔隙结构结合Sommerfeld条件对于规则波具有较好的消波效果。     

不规则波在一种复杂断面海堤上越浪的数值模拟研究

以不可压缩黏性流体的Navier-Stokes方程为控制方程,利用VOF方法追踪运动的自由表面,建立了立面二维数值波浪水槽。基于经典溃坝算例验证了数值模型的可靠性,然后采用动边界造波技术生成不规则波浪,对复杂断面海堤上的不规则波越浪进行了模拟和分析,计算结果与实验结果符合。     

风对二维极值波作用的数值研究

实际海域中风浪往往共存,当极值波浪出现时,风会对其特性产生很大影响。为了研究风对极值波浪特性的影响规律,该文基于势流理论建立自由水面满足完全非线性边界条件的风浪混合作用数值水槽模型,通过实时模拟造波板运动产生入射波,并基于波群聚焦原理定点产生极值波浪,利用改进的杰弗里斯遮蔽原理(Jeffreys'sheltering mechanism)将风压引入到自由水面动力边界条件中。在时域模拟中,采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪瞬时水面,利用格林第二定理建立了边界积分方程,采用高阶边界元方法进行离散求解。通过与已发表实验结果对比验证模型的准确性,进而开展数值实验研究风对极值波浪水动力特性的影响,包括聚焦幅值、聚焦位置和极值波高随风速的变化以及波群聚焦和解焦过程波浪演变特性等。     

SIMULATION OF TANK SLOSHING BASED ON OPENFOAM AND COUPLING WITH SHIP MOTIONS IN TIME DOMAIN

Tank sloshing in ship cargo is excited by ship motions, which induces impact load on tank wall and then affects the ship motion. Wave forces acting on ship hull and the retardation function are solved by using three-dimensional frequency domain theory and an impulse response function method based on the potential flow theory, and global ship motion is examined coupling with nonlinear tank sloshing which is simulated by viscous flow theory. Based on the open source Computational Fluid Dynamics (CFD) development platform Open Field Operation and Manipulation (OpenFOAM), numerical calculation of ship motion coupled with tank sloshing is achieved and the corresponding numerical simulation and validation are carried out. With this method, the interactions of wave, ship body and tank sloshing are completely taken into consideration. This method has quite high efficiency for it takes advantage of potential flow theory for outer flow field and viscous flow theory for inside tank sloshing respectively. The numerical and experimental results of the ship motion agree well with each other.     

非线性波浪绕射问题的数值计算

本文给出非线性波浪绕射问题的计算模型,并用时间步进和边界元法求解。该模型能适用于严重非线性情形,且能满足初始条件和辐射条件。作为对该模型的检验,我们对孤立波绕过穿刺水面的直立圆柱的算例进行了计算,并同Isaacson的解析解、李宝元的差分解进行了比较,结果吻合很好。此外我们还用数值方法同时模拟造波机造波和求该波与直立圆柱的相互作用。结果表明,数值波浪水池能够以尽可能短的暂态过程,模拟波浪与物体的相互作用,提供良好的初始条件。数值波浪水池还能用于任意水深、任意水底形状下的相互作用问题。本文的计算模型和算法具有机时省,计算稳定的优点。     

基于CIP法的波物相互作用强非线性数值模拟

极端波浪环境作用下,浮体易发生上浪拍击等强非线性现象,这一问题也是波浪与浮体相互作用研究的难点之一。该文基于高阶CIP(Constrained Interpolation Profile)法,采用THINC(Tangent of Hyperbola for Interface Capturing)数值技术精确捕捉自由液面,建立了二维多相流强非线性数值水槽模型。通过模拟线性波和孤立波的生成、传播过程,对该模型的收敛性、稳定性及造波性能进行了全面的验证与分析。利用该数值模型模拟和分析了极端波浪对浮体的强非线性作用。     

WAVE EQUATION MODEL FOR NUMERICAL SOLUTIONS OF ADVECTION－DOMINANT HEAT TRANSFER

ＷＡＶＥ　ＥＱＵＡＴＩＯＮ　ＭＯＤＥＬ　ＦＯＲ　ＮＵＭＥＲＩＣＡＬ　ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ　ＯＦ　ＡＤＶＥＣＴＩＯＮ－ＤＯＭＩＮＡＮＴ　ＨＥＡＴ　ＴＲＡＮＳＦＥＲＷＡＶＥＥＱＵＡＴＩＯＮＭＯＤＥＬＦＯＲＮＵＭＥＲＩＣＡＬＳＯＬＵＴＩＯＮＳＯＦＡＤＶＥＣＴ...     

HYDRODYNAMIC ANALYSIS OF SHORELINE OWC TYPE WAVE ENERGY CONVERTERS

1. INTRODUCTIONPrototypes of wave energy converters have been constructed, and many remain operational in offshore and coastal waters in a number of countries including Japan and China［1~5］ . Of these energy converters, which are based on different conc…     

具有隔板容器中液体晃荡的数值模拟

在容器中装置隔板来抑制液体晃荡是一种常见的工程措施。此文针对具有隔板的矩形容器中液体晃荡问题,采用时域高阶边界元方法建立了自由水面满足完全非线性边界条件的数学模型。求解中采用了半混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,并运用四阶龙格库塔方法更新下一时间步的波面和速度势。通过与文献的数值结果的对比,验证了本模型的准确性。通过大量数值试验,研究了隔板位置、尺寸和形式等因素对容器内晃荡液体运动特性、动力特性和容器固有频率的影响。     

辐流式沉淀池液固两相流力学特性三维数值模拟

采用两相流混合模型,选取RNG k-ε湍流模型封闭两相流时均方程,对辐流式二次沉淀池液固两相流力学特性进行三维数值模拟。采用有限体积法求解微分方程;紊动能、紊流耗散均采用Quick离散格式;速度与压力耦合求解时使用了压力隐式算子分裂PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法。通过模拟获得了速度场、紊动能和污泥质量浓度等参量在空间的分布规律,对沉淀池的设计有一定的参考价值。     

地下式水电站调压室交通洞过渡过程中的风速模拟

在考虑气体可压缩性的基础上,建立了地下式水电站调压室交通洞过渡过程中的气体运动数学模型,依据气体管道瞬变流的特征线法,提出了风速模拟的方法并编制了完整的模拟程序,通过与试验结果的对比验证了所提求解方法与模拟程序的适用性与合理性。然后分析了交通洞的体型(长度、断面积、倾角)对风速发展、分布及波动过程的影响,并从波动叠加的角度揭示了各因素的作用机理。结果表明:对于地下式水电站调压室交通洞在过渡过程中的风速的模拟,考虑气体可压缩性是必要的。交通洞断面的风速波动过程由低频质量波(基波)与高频弹性波(谐波)叠加而成。通气洞长度影响谐波的振幅和周期、断面积影响基波和谐波的振幅、倾角则仅影响谐波的振幅。