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。     

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。     

规则波下半潜式平台波浪爬升数值模拟

在波浪与平台相互作用时,波浪会沿平台立柱爬升,甚至能爬升至平台下甲板的情况,严重影响平台安全.该文应用基于OpenFOAM开源平台的naoe-FOAM-SJTU求解器,对固定的半潜式平台在规则波下的波浪爬升现象进行了数值模拟,采用边界输入法进行造波,并且在数值水池末端设置松弛区进行消波.该文重点聚焦在由于入射波浪和平台...     

潜堤上波浪传播过程数值研究

以RANS方程结合Level-Set方法为研究基础,采用五阶WENO有限差分格式进行空间离散、三阶TVD Runge-Kutta格式进行时间推进、Level-Set方法追踪波浪与空气间自由面以及解析松弛法来实现数值水槽中的造波消波,建立了一种求解潜堤上波浪传播问题的数值计算模型。选取经典的潜堤上波浪传播物理试验模型对数值模型进行了验证,水位计算结果与试验值吻合较好。进一步研究了波高、潜堤顶部淹没深度以及潜堤坡度等参数对潜堤上波浪传播过程的影响。结果表明:波高越高、淹没深度越浅、潜堤向波坡度越小,波浪受浅水作用越明显;潜堤背波坡度越小,波浪受反浅水作用稍大,但并不明显。     

内孤立波与有航速潜体相互作用数值模拟

基于两层流体中内孤立波的KdV-mKdV理论解,采用速度入口和开管道方法进行内孤立波数值造波与消波,建立了同时具有造波、造流和消波功能的数值波流水槽。利用所建立的数值波流水槽,对内孤立波与有航速潜体相互作用问题进行了数值模拟,计算分析了受力特性。数值结果表明,内孤立波造波结果理想,消波效果显著,在内孤立波流场中有航速潜体将会受到突发性冲击载荷的作用。研究表明,利用所述方法来研究内孤立波与有航速潜体的相互作用是一条有效的途径。     

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，     

复式航道波浪变形及输沙影响数值模拟研究

复式航道通过在原有深水主航道两侧开挖并行浅水航道,实行大小船舶分道航行,高效缓解进港航道通航压力,具有广泛的应用前景.由于航道断面复式化,波浪穿越航道的演变规律比传统单一断面复杂,影响船舶通航安全及泥沙输运.基于天津港复式航道工况,建立数值波浪水槽,针对正交入射波浪在不同断面型式复式航道中的演变进行数值模拟,研究结果表...     

基于SPH-ALE方法的波浪水槽数值模拟

为了精确模拟波浪传播,基于光滑粒子流体动力学及任意拉格朗日欧拉(SPH-ALE)方法建立二维数值波浪水槽,在原SPH方法中引入近似黎曼求解器替代人工黏性项,采用排斥力边界条件防止流体粒子穿透固边界,海绵层内采用指数型衰减函数来消除水槽末端的波浪反射,并对规则波的传播进行数值模拟。结果表明:与采用人工黏性项的原SPH方法相比,SPH-ALE方法能够无衰减地模拟波浪传播,并可有效减小固边界附近的粒子压力振荡。     

斜坡堤栅栏板护面波浪爬高数值模拟

以海堤工程中常用的栅栏板护面为例,采用源函数造波法研究了栅栏板糙率对波浪爬高的影响。结果表明:在线性规则波作用下,波浪爬高衰减系数随着斜坡堤坡面糙率的增大而减小,当糙率为0.40～0.50时,波浪爬高衰减系数在0.6～0.7之间变化;当糙率大于0.50时,波浪爬高衰减系数随着斜坡堤坡度的变缓有增大的趋势。当波陡较小时,在相同糙率条件下,斜坡堤坡度越缓,爬高衰减系数越小;波陡较大时,随着斜坡堤坡度的变缓,波浪爬高衰减系数先增后减。     

振动边界耦合作用下基于微分求积法的三维不可压缩粘性流体的数值模拟

本文采用微分求积(DQ)法基于非交错网格建立在考虑流体-结构相互作用下求解三维不可压缩流体NavierStokes方程的数值方法。弹性振动边界为矩形薄板,诱发板振动的因素为作用在板上的脉动压力场,边界板的振动与流动形成耦合作用。数值结果给出了一箱形流道内雷诺数分别为100,1000和10000时的流场。大量分析表明．用本文方法模拟考虑流体一结构相互作用下的流动问题是可行的。     

台阶地形上波浪运动的数值研究

波浪在水深剧变地形上的传播，可以简化为波浪在台阶地形上的传播.利用二维数值波浪水槽可以很好地模拟这一过程，特别是对波浪在台阶上的非线性变形.数值计算结果与实验测量进行了比较，结果吻合良好.     

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。     

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。     

Three-dimensional numerical simulation of wave interaction with perforated quasi-ellipse caisson

The finite difference method and the volume of fluid (VOF) method were used to develop a three-dimensional numerical model to study wave interaction with a perforated caisson.The partial cell method was adopted to solve this type of problem for the first time. The validity of the present model, with and without the presence of caisson structures, was examined by comparing the model results with experimental data. Then, the numerical model was used to investigate the effects of various wave and structure parameters on the wave force and wave runup of the perforated quasi-ellipse caisson. Compared with the solid quasi-ellipse caisson, the wave force on the perforated quasi-ellipse caisson is significantly reduced with increasing porosity of the perforated quasi-ellipse caisson. Furthermore, the perforated quasi-ellipse caisson can also reduce the wave runup, and it tends to decrease with the increase of the porosity of the perforated quasi-ellipse caisson and the relative wave height.     

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。     

三维方腔拖曳流的数值模拟

本文推导出一种适用于定常和不定常粘性不可压缩Navier-Stokes方程的分裂步方法。采用Taylor-Galerkin有限元格式进行求解，对有限元等式中关于速度的时间项进行三点向后差分，深入考虑粘性不可压缩流Navier-Stokes方程中对流项的作用，利用二阶Taylor展开完成时间项向空间项的转化，采用张量分析的方法推导了N-S方程分裂步方法的有限元离散格式，并采用低Reynolds数三维方腔拖曳粘性流^[23][24]作为基本算例，检验了这种分裂步方法的稳定性和有效性，同时与大涡模拟相结合对Reynolds数为10000的三维方腔拖曳湍流流场进行了相关的分析，进一步揭示了方腔回流运动的非定常非对称性、流动结构表现为竖轴环流与立面环流相叠加、流速沿垂线分布相对均匀等流动规律，显示了该方法与大涡模拟相结合能够有效地捕捉涡系及其时变过程。