粘性流体数值波浪水池研究

数值波浪水池是近年来船舶流体力学方向的前沿课题,本文采用Fluent软件,利用VOF模型捕捉自由液面,结合RNGk?ε湍流模型,求解N-S方程,对目前数值造波较为典型的仿物理造波法和直接造波法在二维模式下进行分析,并对三维模式的数值造波作了初步分析.在仿物理造波法中模拟真实水池中推板式造波机,利用动网格和阻尼消波技术,生成规则波的情况.在直接造波法中,利用给定入口边界速度或压力并结合阻尼消波技术,在数值水池模拟规则波,得到直接造波法的数值波形与理论波形的吻合度要优于仿物理造波法的结果.为在数值波浪水池中对船舶水动力性能预报奠定基础.     

多板主动吸收造波技术实验研究

文章基于主动吸收造波理论,以波高反馈的控制方式设计了一套完整的多板主动吸收造波控制系统.进一步通过水池物理模型实验,以两点法计算对比了主动吸收与非主动吸收造波的效果.实验结果表明,该系统可以实现二维规则波和不规则波的主动吸收式造波.在此基础之上,对比验证了多板控制方式的优势.由于反射结构的三维特性,即使进行二维造波,水...     

浅水中质量源造波方法

针对质量源造波过程中源区上方水体高度难以确定的问题提出了改进方法,将源区高度值考虑到源强方程中,避免了造波过程中源区上方水体高度值多次试算带来的不便。该方法弥补了质量源造波方法在水深小于1.5 m的浅水中所造波浪与理论波浪之间差距较大的缺陷,尤其是水平网格步长与源区高度值相比小于10的情况,推广了质量源造波方法在浅水中的应用。文中验证了波高对所造波浪的影响以及时间步长对浅水中所造波浪的影响,得出结论:当波高与水深的比值小于0.2时所造波浪波高与理论值的拟合较好;当时间步长小于0.005 s时所造波浪无明显的上下漂浮现象,波形稳定,符合理论波形要求。     

摇板式造波机所造二维规则波的时域线性解

本文给出摇板式造波机所造二维规则波时域线性解的解析表达式,它描述一个带有波前的二维线性波的传播过程。当摇板作简谐摇荡的时间趋于无穷大时,该解趋于线性稳态解。时域线性解可为求解时域非线性解提供自由表面速度势和波形的初始值,因此具有实际应用价值。     

粘性流体数值波浪水池研究

数值波浪水池是近年来船舶流体力学方向的前沿课题,本文采用Fluent软件,利用VOF模型捕捉自由液面,结合RNG湍流模型,求解N-S方程,对目前数值造波较为典型的仿物理造波法和直接造波法在二维模式下进行分析,并对三维模式的数值造波作了初步分析。在仿物理造波法中模拟真实水池中推板式造波机,利用动网格和阻尼消波技术,生成规则波的情况。在直接造波法中,利用给定入口边界速度或压力并结合阻尼消波技术,在数值水池模拟规则波,得到直接造波法的数值波形与理论波形的吻合度要优于仿物理造波法的结果。为在数值波浪水池中对船舶水动力性能预报奠定基础。     

主动吸收式造波技术的发展及应用

在港口工程、水利工程及海洋工程研究领域,常借助水槽或水池等设施进行物理模型实验研究.主动吸收式造波技术可以有效解决实验室造波过程中的二次反射问题,在水池中生成高质量的模拟波浪场,按照比尺充分还原实际海况.文章从反馈信号类型的角度出发,回顾和论述了基于板上波高信号反馈、板前波高信号反馈以及力信号的三种主动吸收式造波技术的...     

基于摇板式造波机的无反射造波仿真

在海洋工程水池试验中,造波机与模型之间的二次波浪反射严重影响试验结果的准确性和可靠性。在势流理论的基础上,采用边界元法建立了二维线性数值波浪水池。通过数值模拟结果与解析解的比较,证实该数值波浪水池的适用性。采用全相位频谱分析方法作为水动力反馈,对入射和反射波进行分离,以分离的反射波信号控制摇板运动以达到吸收二次反射波浪的目的。在此基础上,对摇板式造波机在数值波浪水池中进行了无反射造波仿真试验。仿真结果表明,采用无反射造波后,能有效减弱波浪的二次反射。     

基于OpenFOAM开源程序的无反射数值波浪水槽

基于计算流体动力学开源程序OpenFOAM,通过在质量守恒方程中添加质量源来实现域内源造波,结合VOF法捕捉自由表面,并采用阻尼消波,建立了二维无反射数值波浪水槽。算例结果表明,所建立的二维无反射数值波浪水槽可以较好地模拟行进波和立波,并且能够较好地避免边界反射及二次反射。     

波浪对有梁面板结构冲击作用数值模拟

采用计算机数值模拟方法,在FLUENT软件计算平台上建立了二维规则波数值波浪水槽,对透空有梁面板结构底面受到的波浪冲击作用进行研究。数学模型采用RANS方程和k-ε湍流模型,以VOF方法处理自由表面。通过对不同工况的数值模拟和试验结果比较,验证了模型的造消波性能和应用的有效性。通过计算,得到了波浪冲击过程中波陡、超高和板宽各因素对冲击压强的影响。最后在已有冲击压强计算公式基础上提出了修正公式,以更准确地预报波浪的冲击荷载,深入认识波浪冲击机理。     

波浪对平板结构冲击作用数值模拟

为研究波浪冲击特性,应用FLUENT软件建立了规则波与平板结构相互作用的二维数学模型,模型中采用RANS方程和κ-ε湍流模型,以VOF方法处理自由表面.对3种典型工况下的冲击过程进行数值模拟,验证了模型的可靠性,并确定冲击压峰值的平均值作为波浪冲击特性指标.通过大量的数值计算,分别对波陡、平板离开水面距离和板宽等因素对波浪冲击作用的影响进行了分析讨论,并与试验结果进行比较.     

波浪数物耦合模型的一种新的信号滤波方法

以二维波浪传播数模与物模耦合模型规则波低频滤波问题为研究对象,采用摄动法建立了线性补偿滤波方法。耦合模型中,数值模拟采用基于改进Boussinesq方程的三角形网格有限元模型,物理模拟采用推板式造波机。文中分析了耦合模型信号滤波的目的和目标,并通过造波信号频域的分析,对比了文中方法与传统方法在信号稳定性方面的效果,通过波浪耦合模拟实验对比了波面的数模与物模结果。实验结果表明,与传统方法相比,文中方法能有效解决造波信号的慢漂和计算值偏小的问题,信号更加稳定,耦合误差更小。     

波浪入射角度对立柱周围波面扰动特性的影响研究

基于N-S方程和连续性方程建立了三维数值波浪水池,并在该水池内对固定直立柱在不同浪向下的波浪爬升和绕射问题进行了数值模拟。为了验证数值计算的准确性,对立柱近壁面处的波浪爬升效应展开了模型试验研究,计算值与试验值吻合较好,证明了该方法的可行性。研究了入射角度的变化对立柱周围波浪爬升幅度和非线性特征的影响,同时从垂直浪向的投影面积和相对浪向的投影面形状这两个因素出发,探讨了不同浪向角下立柱周围的波浪叠加、波面放大率以及二次波峰效应,并对自由面漩涡生成特性进行了较为深入的机理性研究,可为今后进一步研究不同的入射角度下,复杂的海洋结构物周围的波浪非线性效应提供有价值的参考。     

双色波激发细长港内低频振荡的物理试验研究

通过物理试验研究双色波传入细长港池并激发港池低频振荡,合理的试验布局降低了波浪二次反射对造波机的影响问题。利用快速Fourier变换和小波变换方法分析双色波在港内的幅频响应以及波浪能量的时-频分布情况,并利用小波二阶谱分析港内波浪不同成分之间的非线性相互作用过程。结果表明:当双色波短波频率对应港池不同共振频率时,通过波浪非线性相互作用产生的二阶长波在港内响应幅值不同;短波频率对应港池较低共振频率时,波浪会在港内聚集更多的能量;二阶长波以及高次谐波与双色短波之间呈复杂的非线性能量传递过程。     

椭圆余弦波浅水变形实用计算法（I）——对《海港水文规范》的一个补充

尽管线性波浪理论不适宜应用在近岸浅水海域,但我国《海港水文规范》中波浪浅水变形的计算方法仍是建立在线性波浪理论的基础上,且没有考虑外界因素（如风和海底摩擦）的影响。为弥补上述不足,基于波浪传播过程中能量守恒的原理建立了一个波浪浅水变形的数值模型,该模型采用椭圆余弦波假定,并考虑了风和海底摩擦对波能的增加和损耗作用。在该数值模型基础上,分析大量工况下的计算结果,提出了便于工程设计初期用于确定近岸波浪要素的浅水变形实用计算方法（PCM）     

基于数值和实验方法的非透浪梳式防波堤的水动力学特性研究

采用源函数造波法建立了三维数值波浪水槽模型,模拟了不同随机种子数(NW)下的随机波浪,与目标谱对比的结果证明当NW=200时,采用文中的数值方法可以得到较好的模拟精度;建立了随机波浪对一种非透浪梳式防波堤作用的数值模型,通过数值模拟结果和实验结果的比较,验证了该数值模型的有效性。对该非透浪的梳式防波堤的水力学特性进行了实验研究,并应用上述数值方法对结构的所受冲击波浪力机理进行了分析,数值结果证明在该结构的危险水位下,由结构的翼板和胸墙下底板所构成的异型空腔结构是导致翼板上产生较大冲击压力的主要因素。在此基础上,为了消减翼板的冲击压力,提出一种改进的结构型式,最后对该改进结构的翼板上波浪力特性和波浪反射系数进行了实验研究。     

基于Longuet-Higgins模型的畸形波模拟方法

基于随机波浪的Longuet-Higgins模型,给出了4种模拟畸形波的数值模型:相位调制模型(部分组成波初相位相同模型和调制相位角范围模型),相位调制加聚焦模型,随机波加瞬态波模型以及改进的相位调制模型。简要介绍了各模型的优缺点。其中,随机波加瞬态波模型和改进的相位调制模型最优,实现了畸形波的定时定点和定量生成,为实验室模拟畸形波、研究畸形波的能量以及对结构物的作用奠定了基础。     

紧致插值曲线CIP方法及其应用

波浪与建筑物的相互作用过程会涉及到波浪破碎、水气掺混和结构物的动力响应等复杂过程,对数值算法提出了更高要求。文章基于紧致插值曲线CIP（Constrained Interpolation Profile）方法建立了可模拟波浪破碎、翻滚等自由面大变形流动问题的数学模型。模型以CIP方法为流场基本求解器,离散了纳维—斯托克斯（Navier-Stokes：N-S）方程,同时还以CIP方法捕捉了自由面,通过多相流理论描述了流—固—气之间的相互作用。对强非线性自由表面流动问题的典型算例溃坝问题开展了数值模拟,并通过与他人实验结果的比较验证了模型的有效性。最后开展了极端波浪对浮式结构冲击过程的模拟,准确地预测了甲板上浪和结构的动力响应等问题。