基于势流-黏流双向耦合模型的数值造波

采用开源程序OceanWave3D和OpenFOAM提出了一种势流-黏流双向耦合数值造波方法。为提高数值稳定性,在势流域内的重叠区域内建立松弛区域。松弛区域的波高从黏流域直接插值获取,而速度势则根据水面边界条件方程用速度插值间接计算。基于4阶Runge-Kutta算法实现时间推进,并通过线性波、非线性波和不规则波,包括波浪正向、反向传播和二维、三维数值模拟的算例进行验证。计算结果表明,论文的势流-黏流双向耦合模型准确高效,可应用于实际海洋工程波浪的模拟。     

基于势流理论的双艉船型阻力计算研究

双艉船型是一种高效节能船型,为了评价其阻力性能,以势流理论为基础,采用Rankine源法来计算带双尾川江2000吨级成品油船的兴波阻力,根据三因次换算法获得总阻力,通过与试验值相比较表明,数值计算得到的阻力系数、波高和波形图能够较好地反映实际船体的兴波情况。     

多体浮式防波堤消波特性数值模拟

多体浮式防波堤消波特性是决定其应用价值的重要因素,基于三维势流理论,通过使用Ansys Workbench软件和AQWA Graphical Supervisor(AGS)图像后处理软件,对多体浮式防波堤在不同入射角和浮筒吃水深度下的消波效果展开研究。结果表明,在入射角度为90°时,多浮筒浮式防波堤能够最大程度地消减波浪。同时,透射系数随吃水深度的增加而不断减小,但结构稳定性会下降。因此,实际工程中应尽量保证浮式防波堤的迎浪面与波浪的来波方向垂直,这样可以获得较好的消波效果,同时应尽量避免选择吃水深度过大的浮式防波堤。     

多块多刚体铰接式浮式防波堤消波特性数值模拟

为研究浮式防波堤的消波机理,在方箱型浮式防波堤的基础上,提出一种多刚体耦合式浮式防波堤设计方法,将方型旋转体与防波堤主体通过旋转关节进行耦合,建立多刚体耦合模型。在此基础上,通过改变方型旋转体模型吃水以下的截面形状,设计出U型体和半椭圆型体浮式防波提铰接模型。基于多体耦合运动理论,采用基于有限体积法理论的STARCCM+软件建立浮式防波堤消波数值模型和计算方法,对3种不同铰接构型的多刚体耦合式浮式防波堤水动力性能及消波性能进行数值分析,研究各构型的消波性能。结果表明：多块多刚体浮式防波堤内部多系统耦合运动加剧了对入射波能量的耗散,有较为出色的消波效果,通过对比3种不同构型的铰接式浮式防波堤,得到了多刚体铰接式浮式防波堤消波性能及水动力响应变化规律。研究结果可为浮式防波堤设计及工程化应用提供技术支撑。     

数值波浪水槽中的被动式消波

采用边界元方法,建立一种非线性数值波浪水槽,借助吸收海岸和被动吸收式推板消波的方法,处理波浪模拟中的消波,检验水槽内不同频率的波浪吸收效果,并长时间模拟服从JONSWAP谱的不规则波;结果表明,这种消波方法可以满足长时间计算需要,可为工程研究奠定基础。     

气囊型浮式防波堤挡浪消波的数值模拟

临时挡浪设施在海况较差的海域为施工船舶提供一定的避浪掩护时使用.气囊型浮式防波堤具有运输方便、投放便捷以及造价低廉的特点,成为了首选的挡浪消波措施之一.通过调整网格划分方式、控制时间步长以及对自由液面网格局部加密等措施,建立了稳定的数值波浪水槽.采用原物理模型试验比尺建立气囊型浮式防波堤的水动力模型,并利用试验结果验证...     

翼板浮式防波堤消波性能

随着近年来海岸工程与海上作业对浮式防波堤的需求不断增加,提出了一种带翼板的新型浮式防波堤。基于三维势流理论,对翼板浮式防波堤的消波性能进行了计算分析,并与传统方箱式浮式防波堤进行对比。证明了在较长周期的波浪中,翼板浮式防波堤拥有更好的消波能力。翼板浮式防波堤截面参数对消波性能的影响表明：1）箱体宽度越大、吃水越深,防波堤消波效果越好;翼板长度越长、角度越小,最优消波效果对应的波浪周期越长。2）适当调整截面参数,可以使翼板浮式防波堤适应更多的海浪环境、增加更多的适用场景。     

基于三维势流理论的耐波性数值预报

准确预报船体运动响应对于砰击等波浪载荷的计算以及合理结构设计具有重要意义。船舶在大幅波浪中的运动呈明显的非线性,而现阶段耐波性预报多采用线性切片方法。三维水动力分析软件WASIM基于时域势流理论,采用Rankine面元法预报船舶在波浪中的运动响应,并考虑了多种非线性因素。本文以标模DTMB5512为对象,采用WASIM预报其在不同航速下的耐波性,并与基于线性切片理论的计算结果和模型试验结果进行对比。结果表明:利用WASIM计算得到的船体运动响应比其他方法更接近试验值,合理体现了船舶在风浪中的实际耐波性能。因此,利用WASIM能够较好地评估船舶在波浪中的非线性耐波特性。     

基于三维势流理论的耐波性数值预报

准确预报船体运动响应对于砰击等波浪载荷的计算以及合理结构设计具有重要意义。船舶在大幅波浪中的运动呈明显的非线性,而现阶段耐波性预报多采用线性切片方法。三维水动力分析软件 WASIM基于时域势流理论,采用 Rankine面元法预报船舶在波浪中的运动响应,并考虑了多种非线性因素。本文以标模 DTMB5512为对象,采用 WASIM预报其在不同航速下的耐波性,并与基于线性切片理论的计算结果和模型试验结果进行对比。结果表明：利用 WASIM计算得到的船体运动响应比其他方法更接近试验值,合理体现了船舶在风浪中的实际耐波性能。因此,利用 WASIM能够较好地评估船舶在波浪中的非线性耐波特性。     

箱型浮式防波堤消波性能研究

基于势流理论,采用线性波假设和特征函数展开匹配法求解了箱型浮式防波堤的绕射和辐射问题。为提高收敛性,在流域Ⅱ中特征函数采用两双曲正(余)弦函数相除的形式。研究了浮堤宽度,吃水,重心位置和锚链预张力对箱型浮式防波堤透射系数的影响。计算结果表明,增加箱型浮堤的宽度和吃水可以减小透射系数。重心位置对箱型浮堤消波性能的影响很小,在相当大的范围内变化重心的垂向位置,透射系数几乎没有变化。锚链预张力并不是越大越好,在入射波波长较长的区间内,增加预张力可减小透射系数,在波长较短的区间内,增加预张力反而会使透射系数增大。     

透空式双排圆筒防波堤消波性能数值模拟研究

双排圆筒防波堤是一种新型透空式防波结构,具有结构形式简单、利于水体交换、生态环境友好等优势,适用于软土地基海域的后方防护。双排圆筒防波堤利用前排桩、后排桩和后排挡浪板形成复杂的波浪掩护作用。为了研究该新型防波堤结构的消波性能,采用开源计算流体力学软件OpenFOAM,建立基于有限体积法和VOF模型的三维数值波浪水槽,开展了不同布置情况工况下的数值模拟。模拟结果表明,双排圆筒的消波性能受到前后排间距、前排圆筒间距等布置参数影响,模拟工况双排圆筒消波率在34%～50%。     

多刚体组合式新型浮式防波堤消波性能数值模拟分析

为提高浮式防波堤的消波性能,在传统方箱型浮式防波堤的基础上,提出了基于多体耦合运动理论的新型浮式防波堤构型。基于有限体积法建立浮式防波堤消波性能数值计算模型,并通过模型试验验证了数值计算方法的准确性。在此基础上,对规则波作用下不同多体耦合的新型浮式防波堤构型进行数值模拟,分析其水动力性能及消波性能。数值结果表明,新型浮式防波堤内部的多体耦合运动加剧了入射波能量的耗散,使得其消波性能比传统方箱型浮式防波堤更加优良,新型浮式防波堤的横荡、横摇和垂荡幅值也小于方箱型浮式防波堤,同时得到了多刚体铰接组合式防波堤中铰接刚体数量对其消波性能的变化规律,为浮式防波堤设计及工程应用提供技术支撑。     

基于VOF方法的不规则波数值波浪水槽的阻尼消波研究

对基于VOF方法的不规则波数值波浪水槽进行了阻尼消波研究。在水槽右端的出流边界处,设置了一定长度的海绵层来吸收波浪,海绵层的衰减系数采用线性分布的形式。通过不同入射波参数的数值计算结果,比较了不同形式的衰减系数和参数的海绵层消波效果,给出了对应不同波要素范围的海绵层参数取值范围。对浪高仪位置处波面历时采用两点法进行了分离,波浪的反射率满足计算要求,给出了数值水槽中不同时刻波面高度空间分布情况,应用快速傅里叶变换得到计算波谱,计算波谱与靶谱吻合较好,计算结果表明所采用的海绵层阻尼消波是一种很好的边界处理方式。     

基于CFD-非线性有限元双向耦合的集装箱船波浪下结构崩溃数值仿真

[目的]充分考虑载荷非线性和物面非线性因素的影响,研究集装箱船在波浪下结构响应及动态结构崩溃模式。[方法]首先,基于CFD平台建立船舶水动力模型,采用重叠网格法实现船体水动力模型动边界网格与远场流体域的欧拉网格间的匹配,在流体全域内采用流体体积法模拟自由面非线性,在流场全域内求解三维N–S方程,实时求解非线性波浪载荷;然后,建立可模拟船舯崩溃行为的船舶非线性有限元模型,基于显式动力学非线性有限元法计算包含塑性和屈曲的时域崩溃响应;最后,实现水动力模型与结构有限元模型在湿表面上的流体压力和节点位移的传递,以此进行CFD求解器与非线性有限元求解器间的双向迭代耦合,并实时计算4 600 TEU集装箱船结构崩溃过程中的非线性波浪载荷和结构崩溃响应。[结果]结果显示,在极端波浪下上部至中部结构广泛进入塑性状态,主甲板、舷侧板、甲板纵骨和舷侧纵骨等构件在波浪下出现明显的屈服及失稳,甲板纵骨和舷侧纵骨等骨材发生严重的侧向失稳,船体结构丧失了承载能力。[结论]所提方法可较准确求解结构响应及动态崩溃模式,可作为研究船舶结构崩溃响应的一种新方法。     

基于粘性流造波板数值造波方法研究

利用动网格技术实现了推波板的摆动,采用流体体积法VOF（Volumeoffluid）捕捉自由液面,并应用粘性流体的N—S方程模拟数值波浪水池,结合标准k-ε湍流模型,基于仿物理的推板造波数值方法,采用CFD商业软件Fluent及其二次开发功能,建立了三维规则波数值波浪水池模型,通过结果分析可得,仿物理推板造波的质量高且稳定性较好。     

基于改进的RIDE-VEG模型的随机波下植物消浪数值模拟研究

文章拓展了平面二维的植物消浪数学模型RIDE-VEG,模拟了随机波条件下的植物消浪作用,并考虑波浪破碎,数值结果与各水槽模型试验均吻合良好。模型比较了线性波拆分和均方根波高表征两种方法,发现这两种方法在率定植物拖曳力参数上存在较大区别。能谱分析显示,经过植物后,整个频域内的波能均有衰减,而衰减的幅度在谱峰频率处最大,且低频波大于高频波。考虑植物作用时,由于植物削弱了由于浅水变形引起的波高增大,导致波浪破波点更接近岸线。     

数值波浪水槽末段孔隙结构消波性能的研究

基于Flow3D有限差分求解程序建立数值波浪水槽模型,造波段采用线性波浪理论生成周期表面波,末段采用沿水槽纵轴方向具有渐变垂向孔隙率的孔隙结构以消除反射波,研究结果表明该孔隙结构对规则波具有良好而稳定的消波效果。通过"三点法"入、反射波分离程序求解波浪的反射系数,探讨各方向孔隙率、消波段末端孔隙模块的垂向孔隙率、孔隙结构等分份数、消波装置的总长度等因素对消波性能的影响,寻求消波性能最佳的参数组合。     

多向不规则波群的数值模拟

基于单向波群的数值模拟,引入方向分布函数,按给定的频谱、波群因子和方向分布参数,建立了多向波群的数值模拟方法,通过典型的算例表明方法的有效性,并对模拟结果进行了统计分析,研究了波浪群性与波浪统计特征之间的关系。     

“厂”形板式防波堤消波性能数值模拟

根据水平板形防波堤和倾斜板形防波堤的特点,提出一种“厂”形组合板式防波堤,通过数值模拟方法对防波堤的消波性能进行研究。首先,利用FLUENT软件建立二维规则波数值波浪水槽,并验证水槽应用的有效性。通过模拟得到堤后波高-时间过程线,分析防波堤的透射系数,探讨透射系数随波高、周期、开孔率、相对板宽、波陡、倾斜板与水平板角度、超高等参数的变化关系。结果表明,在模拟范围内防波堤透射系数较小,消波性能优良,特别是对长周期波也有较好的消波效果。研究成果可以为新型防波堤设计提供参考。     

采用Rankine源、RANSFS组合方法求解计及波影响的船舶粘性绕流问题

本文开发了边界单元(Rankine源)方法与RANSFS方法相组合求解计及船波影响的船舶粘性绕流问题的切合在微机上实施的方法.对S60(Cb＝0.6)船模,在Fn＝0.316, Rn＝106之下进行了计算验证.对边界单元法中Z＝0面上网格的划分,提出了一种不同的网格划分思想,算得了令人满意的波高分布.对这一组合方法的收敛性进行了较为仔细的考察.总阻力系数Ct的计算值,与测量值的相对偏差达到＜5%.对波高的考察显示,粘性对波的影响主要集中在船体表面附近.