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。     

二阶波浪力的切片理论与潜体上的垂向定常力

二阶波浪力的三维理论基本上是对无航速的结构物建立起来的，航速的影响不甚清楚，一些理论问题，例如二阶绕射势辐射条件的提法，直到最近才得以澄清，即使如此，用三维方法完整地求取物体上的二阶波浪力仍十分费时，本文中对有航速的细长物体建立了二阶波浪力的切片理论，旨在提供理论上合理，实用上相对简便的二阶力计算方法，作为完整的二阶波浪力的一个组成部分，文中给出了细长潜体在不同潜深和浪向角时所受的垂向常力及变化趋     

用时域法求解二维二阶非线性水波的绕射问题

本文用二阶理论在时期围内研究非线性水波的绕射问题。一、二阶问题分别满足各自的自由表面条件和物面条件。用一阶Ａｄａｍｓ格式并配合时步处理来计算自由表面上的波高和速度势，而流场内的速度势通过求解有限元方法得到。采用人工阻尼区来吸收反射波，对水平半圆柱在水面的绕射问题进行了计算，得到了自由表面波高时间历程和圆柱所受到的波浪力，计算结果和有关文献进行了比较，其符合程度是令人满意的。     

求解零航速物体水动力的简单Green函数方法

频率域中求解零航速物体水动力的简单Green函数方法的基本原理是将流场分成内场和外场,外场中的速度势通过特征函数展开写成解析表达式,内场周界上的速度势则利用边界积分方程求解,但选用的Green函数是简单的,即无界域中点源的速度势。这意味着在内场的整个周界都要布置奇点。内外场速度势在它们的交界面上用代入法连接。简单Green函数方法已成功地应用于二维、三维物体的一阶和二阶辐射、绕射问题,结果表明该方法具有很多方面的优越性。     

大直径圆柱体上的二阶波浪力

在二阶波浪力的计算中,二阶绕射势满足的非齐次自由条件,其非齐次项在整个自由面上不是绝对可积的,给解析或数值求解造成了困难。本文推广了周清甫的工作,对有限水深引进了一个“局部扰动源”,用此局部扰动源在自由面上的分布,构造了满足非齐次自由面条件的二阶势的特解。并进一步证明,此特解在远处收敛得足够快,只剩下外传的自由波,后者在无穷远处满足通常的Som-mevfeld条件。 按这个方法,本文得到了大直径圆柱体在有限水深中的完整的二阶绕射势,计算了二阶波浪力,并与实验数据和现有的计算结果进行了比较。比较表明,在波长稍大的地方,本文的结果有明显改善。     

二维浮体的低频作用力

本文用缓慢调制的Stokes波模拟入射波群,并采用多重尺度方法研究了波群对二维浮体的低频绕射问题,得到了一阶和二阶纸频绕射势,求得了相应的低频作用力,证明了由一阶低频绕射势所产生的二阶低频力垂直于静止自由表面,它与入射波包络波幅的平方以及浮体水线面的宽度成正比,而与浮体具体形状无关,低频绕射所产生的水平力来源于二阶低频绕射势,通过求解两个线性边值问题就可以计算它。     

应用时域格林函数方法模拟有限水深中波浪对结构物的作用

该文采用时域内满足自由水面条件的格林函数方法对无限和有限水深中波浪与任意形状三维物体相互作用所产生的绕射和辐射问题进行了理论研究和数值计算。建立了不包含自由水面积分的积分方程,消除了自由项系数。文中计算了各种形状三维物体在无限水深和有限水深情况下所受到的绕射和辐射波浪力,并与解析解以及频域理论进行了对比,结果符合良好,验证了本文所提理论的正确性。     

在激波作用下任意形状三维物体表面压力分布的计算

本文从线化的波动方程出发,以非定常点源为基本解,求解平面激波绕任意三维形状物体的运动。由于用积分号下的一个阶跃函数来表示变动的积分区域边界,先对速度势的积分表达式求导,给出了压力和物面法向速度的积分表达式。将此二式离散化,由物面边条件确定每一瞬时各块上的源强,使问题得到解决,从而解决了在三维空间中布置非定常奇点的问题。     

前缘倒圆角方柱绕流的大涡模拟

该文基于FLUENT软件采用大涡模拟方法对前缘倒圆角方柱绕流的气动特性进行数值研究。首先分析网格质量对二维大涡模拟结果准确度的影响,得出适用于钝体绕流大涡模拟计算的网格标准;然后对比二维和三维大涡模拟计算的升阻力系数、脱落涡频率、回流区长度和瞬态流场旋涡结构,以及尾迹速度分布,并与实验结果对比。最后得到二维和三维大涡模拟方法在钝体绕流非定常特性研究中的适用性。结果表明:二维和三维大涡模拟均能捕捉流场中大尺度旋涡结构,预测的脱落涡频率与实验偏差均小于0.4%;三维大涡模拟结果相比于二维大涡模拟与实验结果更加吻合。     

三维振荡水柱波能转换装置的流体动力计算

文章对三维有侧向开口的波能转换固定式箱体;受波浪扰动时,用三维GREEN函数法计算箱体内振荡水柱的流体动力特性。在计算中使内场的响应脉动源与外场的扰动脉动源,两者在交界面上相互匹配,以满足压力与速度连续条件。计算在HP-1000型机进行,结果和模型试验比较,相当一致。     

椭圆余弦波对透空直立防波堤波浪力解析计算

根据椭圆余弦波理论与水波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了浅水区水波对透空防波堤的波浪作用,并取得了满足椭圆余弦波一阶分量边值问题提法的反射和透射波势的数学解。由此得出作用于直立透空防波堤的水平波浪力和力矩算式,并与浅水条件下的Airy波理论加以比较,说明浅水条件下椭圆余弦波理论更能反映非线性因素变化对波浪力及力矩的影响。     

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.     

基于速度势分离法的波物相互作用完全非线性数值模拟

该文基于势流理论和高阶边界元方法,建立了开敞水域波浪与三维物体相互作用的完全非线性数值模型。采用速度势分离技术,将总速度势分离成入射势和散射势,入射势通过理论解给定。采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,引进虚拟函数耦合求解波浪力和运动方程,自由水面网格仅在初始时刻生成一次,随后采用弹簧近似法在不改变网格节点排列的情况下对瞬时水面进行网格重构。利用所建立模型模拟完全非线性波浪对固定圆柱的绕射作用,并对规则浪三倍频作用下漂浮圆柱的共振响应进行了研究。     

规则波中参数横摇直接稳性评估方法研究

国际海事组织(IMO)正在制定第二代完整稳性衡准,其中参数横摇是非常重要的稳性失效模式。为提供一种计算可靠且便于工程应用的参数横摇直接稳性评估方法,该文采用一种实用的三维时域方法进行规则波中船舶参数横摇运动研究。在该方法中,应用组合Rankine源和时域格林函数的混合源法求解辐射势和绕射势,对船体平均湿表面进行压力积分求解辐射力和绕射力,而Froud-Krylov力和静水力是通过对船体瞬时湿表面压力积分获得的,同时考虑垂荡-横摇-纵摇三自由度之间的耦合作用,以及非线性横摇阻尼的影响。以国际标模C11集装箱船为研究对象,数值分析不同航速和波陡条件下的参数横摇运动规律,将计算结果与已有的试验结果进行了对比,并依据IMO提案中关于参数横摇的定量验证标准进行准确性评估,评估结果为IMO参数横摇直接稳性评估方法的制定提供了相关技术支撑。     

用耦合元方法计算二维物体的波浪荷载

本文中采用边界积分方程和有限元耦合的数值方法,计算了二维波浪绕射和辐射问题。给出圆形和长方形浮体、潜体在波场中的水动力系数和所受的波浪力,并详细讨论了计算方法。耦合元方法是近年提出的,用于无限区域中波浪的绕射和辐射问题时单元少,计算方便,经济可行,在海洋工程和波能利用的计算流体中有一定的推广意义。该方法也可用于三维问题。     

V形贯底式防波堤上波浪作用力的解析研究

用解析方法计算V形贯底式防波堤在波浪绕射作用下周围流域任意点的速度势,研究波浪作用在V形贯底式防波堤上的波浪力。假定防波堤刚性、薄壁、不透浪、水深恒定。假想的圆柱面将整个流场划分为三个区域,分别在每个区域内将速度势用特征函数展开,然后在公共边界上按照速度连续,速度势连续的原则进行匹配,求得流域中任意一点的速度势和作用在V形贯底式防波堤上的总波力和总波力矩。数值结果给出了作用在防波堤上的波浪力随防波堤张角、入射波波长、入射角变化的曲线。结果表明:作用在V形贯底式防波堤上的波浪力与水深、防波堤的张角、入射波的波长等因素有关。     

三维浮体二阶辐射问题的实时模拟

采用二阶时域理论对任意三维物体的非线性波浪问题进行了研究。对自由表面边界条件和物面边界条件进行了Taylor级数展开，Stokes摄动展开用于建立相应的一阶和二阶边值问题，而且此边值问题的计算域不随时间变化。使用基于B-样条的边界元方法计算每一时刻的二阶波浪场，二阶自由表面边界条件在时间上进行数值积分。在自由表面加一个人工阻尼层以避免波浪的反射。对二阶物面边界条件采用数学手段，推导出一个没有二阶空间导数的表达式，以便于计算。本文对强迫正弦垂荡和纵荡运动的截断圆柱进行了计算，讨论了漂浮结构的二阶水动压力影响，计算结果与已有结果十分吻合。     

大型潜体非线性波浪力的二维有限元分析方法

设入射波为Stokes二阶波,对垂直平面二维问题,给出了二阶散射波的远场渐近解和辐射边界条件。用有限元——有限距离辐射边界法,设计了适用于大型潜体非线性波浪力计算的通用程序“NWF_2”,计算了海底半圆柱上的非线性波浪力。     

蜗壳压力脉动分布形式和施加方法对厂房振动的影响分析

水轮机水力振动是水电站厂房的主要振源之一,不同工况下蜗壳内压力脉动分布的幅值、频率 和相位等均不相同,属于非平稳的波动荷载,包括行波和驻波等复杂形式。为研究蜗壳内压力脉动分布 特性及其施加方式对厂房振动的敏感性从而确定最不利作用情况,基于ＡＮＳＹＳ软件建立实际水电站厂 房机组段模型,对压力脉动施加方式按行波和驻波作简化描述,通过谐响应分析和瞬态动力分析计算厂 房在压力脉动作用下的振动响应。结论认为行波或驻波作用下结构位移、速度和加速度均大于均布荷 载作用下的响应,厂房振动分析评价中应合理模拟压力脉动荷载的分布特性。     

超低水头水轮机动静干涉效应的数值模拟研究

采用RNG k-ε湍流模型对一可用于小水电、越浪式波浪能发电的单级超低水头水轮机进行了全流道三维非定常流动计算,应用滑移网格技术考察了动静干涉效应。通过数值模拟计算,分析比较了不同流量下水轮机压力、轴向速度的脉动特性,以及轴向水推力、力矩的变化规律。结果表明：水轮机内流场周期性脉动明显,该周期性脉动主要由静叶尾迹与动叶间的干扰所引起,脉动频率以叶片通过频率为主;随着流量（水头）的增加,无叶区压力、轴向速度的波动幅值均逐渐增大。