基于滤波器方法主动吸收式数值水槽研究

基于开源程序OpenFOAM,采用动边界法进行造波,通过求解N-S方程建立二维粘性数值波浪水槽.针对二次反射波,采用频域滤波器方法进行吸收,综合考虑理论传递函数及实际造波需要,确定了目标水深下合适的滤波器参数.通过固定位置输出动边界开发了主动吸收式造波边界,以造波板上理论波面和实测波面为输入信号,根据差分方程得到造波板...     

平推式造波板运动的数值模拟

平推式推板造波机是近岸及海洋工程波浪物理模型试验中非常重要的试验设备.文章通过垂向二维数学模型,利用线性造波理论来模拟造波板运动,分析了造波板前后水体动力过程,以及当造波板后不设消波设施时,造波板至后墙距离对水体动力过程的影响.该数学模型以包含水气二相流系统的Navier-Stokes方程为基本控制方程,应用粒子Lev...     

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。     

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...     

基于最佳逼近理论的主动吸收造波算法研究

在海洋工程水池试验中,二次反射波会严重影响实验的可靠性和准确性,如何消除反射波成为一个重要课题。针对MARINTEK水池为仿真对象展开相关研究,运用目前较为成熟的主动吸收造波算法理论,解算摇板式造波机的传递函数,在此基础上应用最佳逼近理论,设计出相应的数字滤波器,来达到同等的主动吸收造波效果,并验证该方法的有效性,从而实现模拟滤波器向数字滤波器的转换。仿真结果显示,数字滤波器输出与标准(主动吸收造波算法理论)输出有着良好的拟合效果,表明所设计的数字滤波器能够到达预期的主动吸收造波效果。本研究的意义在于,初步实现了主动吸收造波算法从理论到实际应用的转换,为工程上的应用提供良好的依据,有助于提高波浪试验的准确性。     

具有ARC功能的摇板式造波机的应用研究

船舶试验科学的发展促进了水池试验水平的提高,采用具有ARC(主动式消波)技术的造波系统会有效地吸收各种反射波,明显提高水池的波浪模拟质量.本文针对摇板式造波机,对主动反射吸收造波原理进行推导,提出了适用于规则波和不规则波的摇板式造波机的主动消波方法,并在水槽中设计出一套用于ARC造波的计算机控制单元板造波装置,最后通过试验结果对这种方法进行了主动消波的验证.     

基于任意欧拉-拉格朗日有限元法的波浪和结构物相互作用数值模拟

应用任意拉格朗日-欧拉有限元法分析二维波浪和结构物相互作用问题,用分步有限元法求解自由表面边界的N-S方程以获得流场内的速度和压力分布,采用VRZ方法来吸收反射波.数值算例包括水池内初始自由表面波的自由振荡、水池造波、孤立波在台阶上的传播、孤立波和位于水面上的方形物作用以及半圆柱在自由表面的强迫震荡问题,部分计算结果和分析解、势流非线性解以及实验值作了对比.     

基于LabWindows/CVI的交流伺服造波机运动控制

介绍由计算机控制交流伺服电机推动造波板的造波控制方式,阐述了Lab Windows/CVI与各种运动控制器的接口、不规则波的数据传输和斜向波的角度控制等问题的解决方法,这种控制方式可应用于造波机的改造和设计。     

三维数值波浪水池造波技术研究

数值波浪水池是一种新兴的研究平台,相对于物理实验具有经济花费少、结果数据详细等优势.采用FLUENT软件建立三维粘性数值波浪水池,运用二次开发接口UDF(Universal Disc Format)模拟造波机的工作方式,实现摇板造波和在动量方程中添加源项实现消波区的消波.数值水池运用流体体积函数(Volume of Fluid,VOF)模型捕捉自由面,湍流模型为RNG雷诺时均模型.输入波列为同一波长、多个波高的简谐波波浪序列,将序列中的计算结果与理论值对比,验证数值波浪水池的造波能力.     

幕墙式防波堤水动力特性的数值模拟研究

基于CFD开源程序库OpenFOAM,采用不可压缩粘性两相流模型,以VOF方法捕捉自由面,利用速度入口边界造波法造波,通过添加松弛因子的方式消波,建立二维数值波浪水槽,模拟分析幕墙式防波堤的水动力特性。利用物理模型试验数据,验证数值模拟结果的可靠性。数值算例表明:当消浪室相对宽度为0.08～0.10,下垂板相对吃水深度为0.09～0.12时,幕墙式防波堤消浪效果最好;下垂板底角的方向对消浪效果影响较小,但对下垂板受力影响较大,综合考虑消浪效果与波浪力,推荐下垂板底角位于右下端;下垂板周围存在明显的涡旋,能够有效耗散入射波能量。文章所建立的二维数值模型可以有效模拟波浪与幕墙式防波堤的相互作用,为工程优化设计提供科学指导。     

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。     

基于DualSPHysics的数值波浪水槽研究

为更好地研究强非线性波浪问题(波浪翻卷、破碎及其与结构物相互作用等),基于DualSPHysics开源平台进行二次开发,采用SPH方法建立了二维数值波浪水槽。运用强制修正粒子加速度的方法实现阻尼消波功能,通过监测推波板前水位变化并实时修正造波信号实现了主动式消波功能,并对消波模块的阻尼消波性能和主动式消波性能进行了详细测试。结果表明,新型阻尼消波层的长度控制在1~2/3倍波长内即可形成可靠的开放式边界,主动式消波功能可将70%以上的能量反射波吸收。     

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。     

水槽造波机参数确定及无反射技术研究

用势函数理论计算出水槽不规则造波机的最大行程、负载力和功率。基于造波板前设置水位传感器与无反射情况的水位变化相对比 ,构成反馈的闭环控制思路 ,研究实现消除二次反射的方法。     

甲板上浪问题的二维数值模拟

以连续性方程和N-S方程为控制方程,采用源造波理论和技术,建立了具有造波和消波功能的二维数值波浪水槽,并使用VOF方法追踪自由面来模拟二维情况下的甲板上浪问题.文中就迎浪状态下的固定FPSO和横浪状态下的运动船体断面模型所遭遇的甲板上浪现象分别进行了数值模拟研究.船体的运动规律通过势流理论计算结果给定,在上浪现象模拟计算时,船体的运动采用移动网格技术实现.研究表明,计算结果与试验结果相当吻合,该方法可以用于甲板上浪现象的预报和模拟,可以用于分析预报甲板上浪对浮体的破坏作用.     

应用VOF方法分析波浪与透空式码头的作用

应用VOF(Volume of Fluid Method)的二维数值波浪水槽模型,计算了某工程透空式高桩码头的透浪系数,并与实验结果及Wiegel,Kriebel公式计算结果进行了比较,为减小造波边界的二次反射影响,在数值波浪水槽左端设置了可吸收式造波机数值边界条件,数模得到的透空码头的透浪系数与实验结果吻合较好,与Wiegel、Kriebel等学者的理论公式计算结果一致.     

波浪与弧板式透空堤相互作用的数值与试验研究

将连续性方程和雷诺平均纳微斯托克斯方程作为控制方程,引入主动吸收式造波边界消除造波板的二次反射,并采用阻尼消波方法减小水槽末端的波浪反射。应用流体体积函数法追踪流体自由表面,构建波浪与弧板式透空堤相互作用的数值模型。通过物理模型试验对建立的数值模型的准确性与可靠性进行验证,探讨弧板式透空堤的消浪性能和受力特性。研究结果表明,波浪对弧板式透空堤的透射系数与反射系数的影响均较为显著,透射系数随相对板宽的增大而减小,反射系数随相对板宽的增大略有增大。弧板上下表面所受波浪压力的分布特征差异显著,同一表面所受正负波压力近似呈对称分布。研究结果可为弧板式透空堤的工程应用提供参考。     

基于二阶造波理论的聚焦波实验室模拟

目前实验室中的聚焦波均是利用线性叠加原理产生的,其中造波板位移为各组成波浪按线性造波理论所得分量之和。但是聚焦波浪特性会受到线性造波板位移产生的自由伪谐波的影响。文章采用二阶造波理论建立实验室中聚焦波浪造波软件,并分别采用一阶理论和二阶理论进行物理水槽和数值水槽造波实验,结果表明采用二阶造波理论可以有效地提升水槽聚焦波浪的模拟精度。     

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.     

气动式造波机中的横向波

本文讨论了用于产生二维波动的气动式造波机中,一种横向表面重力波的发生及其非线性特性。当输入频率接近于横向波的基频两倍时,利用奇摄动方法,可以得到横向波的振幅发展方程。振幅的理论预测与实验观察是定性相符的。