基于非结构网格的Godunov格式的二维浅水有限体积数值计算模式

利用非结构化的有限体积方法,建立了二维浅水方程高精度、高分辨率模型。以HLL类型的近似Riemann解计算界面通量,通过多维限制线性重构和三阶TVDRunge-Kutta法获得了空间和时间都具有高阶精度的格式。控制体三点坐标的斜底模型方法处理底坡源项和全隐式方法处理摩擦源项保证了格式的稳定性。通过连接丹麦和瑞典的跨海实际工程进行了潮流模拟,验证了模型的适用性和有效性。     

一种有限体积悬沙输运模型在苏北辐射沙脊群海域的应用

悬沙输运是近岸水域地形演变的重要因素之一,南黄海辐射沙脊群海域悬沙在波浪和潮流的共同作用下有着巨量的输运。文章构建了基于无结构三角形网格的Roe-MUSCL有限体积悬沙输运数值模型,其中心思想是使悬沙浓度求解过程同步且具有高分辨率。基于无结构三角形网格,将每一个独立的三角形单元作为控制个体,分别在各三角形单元上对控制方程进行Gauss线积分离散,采用二阶MUSCL重构格式和Roe型数值通量形式对控制方程进行空间离散,采用一阶向前差分格式的时间离散方法,通过对扩散项的平衡处理,建立了能够适应复杂地形和水动力条件下的高分辨二维有限体积悬沙输运数学模型,并根据当地海域的悬沙浓度实测资料进行数值验证。     

网格节点型有限体积法在滑动轴承润滑特性求解中的应用

本文采用网格节点型有限体积法求解二维瞬态雷诺方程,采用矢量化方法离散雷诺方程,从而构建并得到新的数值模型,该模型既有有限体积法守恒性的特点,又能适用于结构复杂的求解域.通过与相关算例的对比验证,证明了该模型可适用于滑动轴承润滑特性的研究,同时精度也可以得到保证;根据计算得到的压力分布特点,采用不同的网格类型和网格数量重新划分求解域,并对计算结果和时间进行了对比,结果表明可以采用不同的稀疏网格来提高计算效率;通过计算圆锥形织构轴承的压力分布,证实了该模型对复杂求解域的良好适用性.     

大规模并行非结构滑移网格守恒型隐式处理方法

滑移网格方法的难点是在不引入误差的情况下实现多区域网格之间的数值耦合,提高CFD求解器的并行可扩展性,以及改进交界面处并行通信关系。论文介绍了大规模并行非结构滑移网格守恒型隐式处理方法,并通过算例对滑移网格并行算法的鲁棒性和通量守恒性进行验证,它与串行计算结果具有良好的一致性。通过螺旋桨瞬态流场工程算例检验该滑移网格并行算法应用于船舶与海洋工程领域大规模工程问题的适用性、鲁棒性,以及并行性能。     

有限体积法在求解传热学中温度场的应用初探

通过把有限体积法应用到传热学中求解温度场，初步探讨了有限体积法的原理和方法以及用此方法在求解温度场中的特点和作用，并计算了简单的实例；为今后更进一步深入地研究和探讨打下了良好的基础。     

船舶水动力数值计算中的有限体积法

有限体积法是一种较新的流体力学数值计算方法，其对于数值求解船舶水动力学中常常遇到的偏微分方程十分有效。本对有限体积法作了初步的研究与探讨，并采用此方法对圆柱绕流问题进行了实例计算。数值计算结果与解析作了比较，吻合良好。     

有限差分/无网格方法耦合生成混合算法研究

无网格方法摆脱了网格的约束,在计算区域内能自由布点,快速灵活,并且离散节点能更好地拟合复杂的边界,为流体动力学问题的解决提供一个新的思路。文章结合传统有限差分方法(FDM)和基于最小二乘法的无网格有限差分方法(MLSFD),将两者在网格生成和计算格式上进行了耦合,生成了一种混合算法。利用Fortran语言编写了计算程序。通过计算二维圆柱绕流算例验证了混合算法的可行性。对比分析了混合算法在不同网格下的收敛性,结果表明:使用混合算法进行数值模拟时,无网格"网格"的精细度与差分网格的精细度对计算收敛性的影响是一致的。     

有限体积法在一维平底溃坝问题研究中的应用

以一维平底溃坝问题为例,讨论了有限体积法的应用。从溃坝基本方程入手,采用Roe方法计算界面数值通量,采用空间一阶、时间二阶格式（预测校正二步格式）计算溃坝问题,得到了满意的结果。     

自适应网格下的近岸波浪缓坡方程数值模型

在近岸变水深缓坡海域,充分考虑到波浪传播过程中的折射、绕射、反射以及波浪破碎等效应,采用引入破碎项的椭圆型缓坡方程,基于自适应四叉树网格建立了近岸波浪缓坡方程的数值模型,数值模型采用有限体积法求解。该网格可根据计算节点处波长与网格尺寸间的关系自动判定是否进行网格加密划分,使之适应椭圆型缓坡方程每个波长范围内至少布置8个计算节点的特征,提高计算精度的同时又能提高计算效率。采用已有的物理模型试验和实测资料对数值模型进行了验证。结果表明,该模型可以有效地模拟近岸变水深缓坡海域波浪传播。     

一种有限体积法三维港内粘性泥沙淤积模型研究

基于物理量守恒的有限体积法,建立了三维粘性泥沙运动及回淤数学模型。平面采用无结构三角形网格划分计算区域、拟合复杂海岸边界,垂向采用坐标变换技术,适应不平坦海底地形。以天津港港内泥沙回淤为例,模拟三维粘性泥沙的输运过程,得出了港内垂向分层潮流流场、垂向含沙量变化、淤积历程及淤积分布。结合实测地形资料对模型进行验证,为研究三维泥沙运动特性提供了一种新的方法。     

Application of the VOF method based on unstructured quadrilateral mesh

To simulate two-dimensional free-surface flows with complex boundaries directly and accurately, a novel VOF (Volume-of-fluid) method based on unstructured quadrilateral mesh is presented. Without introducing any complicated boundary treatment or artificial diffusion, this method treated curved boundaries directly by utilizing the inherent merit of unstructured mesh in fitting curves. The PLIC (Piecewise Linear Interface Calculation) method was adopted to obtain a second-order accurate linearized reconstruction approximation and the MLER (Modified Lagrangian-Eulerian Re-map) method was introduced to advect fluid volumes on unstructured mesh. Moreover, an analytical relation for the interface’s line constant vs. the volume clipped by the interface was developed so as to improve the method’s efficiency. To validate this method, a comprehensive series of large straining advection tests were performed. Numerical results provide convincing evidences for the method’s high volume conservative accuracy and second-order shape error convergence rate. Also, a dramatic improvement on computational accuracy over its unstructured triangular mesh counterpart is checked.     

基于SPH方法的浅水爆炸研究

通过SPH方法,利用Fortran编程,首先对自由场中装药爆炸进行模拟,将结果与经验公式对比,验证Fortran程序的有效性和正确性。然后对浅水爆炸问题进行数值模拟,再现浅水爆炸的基本物理现象,研究浅水爆炸相对于无限水域爆炸所独有的压力和冲量特性;通过对浅水爆炸不同参数的研究,给出了不同爆深对压力和冲量的影响,分析水底泥沙密度对冲击波压力的影响,给出不同泥沙密度下浅水中压力的变化规律。研究表明,浅水爆炸同时受到水面和水底的作用,水面效应使压力曲线产生截断效应,底部效应会增加压力脉宽。随着爆深的增大,压力曲线逐渐由削弱峰值、削弱脉宽过渡为增大峰值、增大脉宽,冲量逐渐增大,水冢逐渐减小;随着泥沙密度的增加,浅水中压力峰值增大,作用脉宽也增大,直达波、水面反射波以及水底反射波的相互作用更加明显。本文研究旨在揭示上述问题的作用机理,总结规律性结论,为舰船水下爆炸结构响应预报和舰船结构的防护设计提供参考。     

基于简正波模态的浅海声传播的最佳深度规律研究

在给定距离情况下,声能量在深度方向上的分布并不均匀,体现在声传播损失在不同深度之间的差异可达20dB,因此研究深度方向上的声传播损失最小点即最佳深度对水声通信和探测有一定帮助。采用简正波方法对最佳深度的影响因素进行研究,得出声源频率、声源深度和海水深度对最佳深度的影响最大,并在理想液体波导中研究了海水深度和声源频率主导的简正波模态阶数对最佳深度影响,得出在给定声源深度情况下,简正波阶数是影响最佳深度的唯一因素。当海水中简正波阶数从1逐渐增大时,最佳深度也从海水层中部逐渐向海面和海底移动,当简正波个数足够多时,最佳深度稳定在声源深度和声源的对称深度。     

港口岸线浅水深用探析

随着港口岸线不断开发,大陆沿海深水岸线将逐渐匮乏.为确保有限的、不可再生的港口岸线资源得到尽可能合理的利用,发挥其最大的效益,研究港口岸线浅水深用是十分必要的.结合浙江省沿海港口岸线特点及工程实例,从技术可行性、经济可行性等方面对港口岸线浅水深用进行了初步探析.     

海洋数值计算中非结构化网格自动剖分的改进算法

基于Delaunay三角化技术,提出了一种对任意平面区域三角形网格自动剖分的改进算法。该算法在网格质量判断方面,提出了一个新的几何参数,即过渡因子β,该参数结合了三角形形状因子和三角形外接圆无量纲半径,它不仅能够实现网格疏密区域的平稳过渡,而且能够保证三角形最大可能的接近正三角形;在向计算区域内加点方面,提出了列表排序法,该方法能够保证新增的网格点整体质量向好的趋势发展;最后利用迭代的Laplacian算法对生成的网格进行光滑处理。该改进算法具有区域适应性强、网格质量高、自动化程度高的优点。     

基于有限体积法的平面二维水流数学模型的改进

在基于有限体积法的近岸水流数学模型中,单元交界面数值通量的计算精度、潜堤淹没和出露交替的模拟以及动边界技术都是至关重要的。首先通过加入数值通量底坡补偿项对Osher格式的数值通量计算格式进行了改进;又提出单元淹没度的概念,提高了模型在模拟潜堤出露和潮间带干湿变化中的适应性。利用典型算例对模型进行了验证,得到了满意的结果。     

浅水中OSV锚泊定位分析研究

本文采用数值计算方法对浅水中海洋平台支持船(OSV)的锚泊定位性能开展研究.首先,基于三维频域势流理论,对一艘OSV不同水深的水动力性能开展分析,计算了水动力系数、运动幅值响应算子、一阶波浪力和二阶波浪力.由于浅水中非线性效应显著,本文采用中场公式计算了该OSV全二阶波浪力传递函数(Full Quadratic Transfer Function,简称全QTF).然后,本文对不同水深下锚泊系统的水平刚度开展了分析,计算了不同水深下锚泊系统的水平刚度,研究了水深对锚泊系统水平刚度的影响.最后,采用准动态方法对不同水深下的OSV和锚泊系统开展时域分析,研究了水深对船体运动性能和锚索张力的影响.     

浅水高速船舶引起的波浪和压力场研究

基于浅水兴波理论,在线性条件下对高速薄船引起的兴波和水底压力变化进行了计算.研制了表面波和水底压力联合测量系统,对船模引起的波浪和压力场进行了测量和分析.通过计算和实验结果的比较,明确了理论模型的适用范围.     

浅海混响背景下吊放声呐主动方式探潜研究

浅海混响估算是研究吊放声呐主动方式搜潜作战使用的关键环节。首先分析声能声呐方程各项的定义,研究最大允许传播损失的计算方法;然后采用Bellhop模型计算吊放声呐与海底散射元之间的传播问题,依据Jackson模型推导海底反向散射强度的计算方法。结合海底散射面积的估算与吊放声呐主动工作满足小掠射角的特点,对负梯度和负跃层声速梯度下的浅海混响进行仿真和分析;结合信号余量的估算,研究2种典型声场条件下工作深度对浅海混响和吊放声呐探潜的影响,并提出相应的吊放声呐工作深度的选择方法。     

基于三维浅水方程的刚性植被水流特性研究

河道中植被的存在会影响河道的过流和挟沙能力。为了研究植被对水流的作用,在已开发的准三维浅水波运动模型控制方程中加入了杆状植被阻力项,并在绕流拖曳力系数计算中考虑了刚性植被的遮蔽效应,同时引入前人提出的植被密度的概念。对改进后的模型利用前人的实验资料进行了验证。模型对植被范围以下和以上流速垂向分布模拟效果良好。利用水箱测定了植被影响下的水流流速,结果表明植被密度是影响阻力的主要因素,而植被的排列方式影响不大;数学模型模拟植被范围和以上的水流速度及紊动能量垂向分布结果与实测值符合较好。