基于完全非线性数值水槽的波流混合作用规律研究

论文摘要

人类对海洋资源的开发与利用需要依托海洋结构物,而波浪与水流是海洋结构物遭遇的最重要的载荷,在设计时准确预报海洋结构可能遇到的海况十分重要。本文基于势流理论,建立了一个完全非线性的数值波浪水槽模型。应用格林第二定理,将模拟波浪的初边值问题变成求解积分方程组的问题,再利用简单Rankine源格林函数离散边界积分方程。采用混合欧拉-拉格朗日质点追踪法来追踪流体质点的位置进而捕捉瞬时自由水面。时间步进过程选择了高效稳定的四阶Runge-kutta法来实现自由水面条件的时间积分,并通过二次形函数插值法进行了网格的重新划分,保证了整个计算过程的数值稳定性。利用开发的完全非线性数值波浪水槽模型,实时模拟造波板运动,分别模拟了有限水深波和浅水波,与试验结果,已发表结果和浅水理论都吻合较好,且波浪可以稳定传播。研究发现:在有限水深范围内,造波板振幅,频率和水深都与波浪的非线性密切相关。另外,本文对原有的数值波浪水槽进行改进,基于速度边界造波法建立了一个非线性的数值波流水槽以探究不同工况下的波流混合作用规律。发现同向流作用下,波幅减小,波变平,波浪非线性被削弱;反向流作用时,波幅增大,波变陡,波浪的非线性增强。入射波幅,流速,入射频率都会影响波浪的非线性,这些参数的增大都会引起波浪的非线性增强。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 造波技术与波流混合作用的研究进展与现状

1.2.1 造波技术的研究进展与现状

1.2.2 波流混合作用的研究进展与现状

1.3 本文内容

2 时域分析的基本理论与数值模型

2.1 引言

2.2 初边值问题

2.2.1 控制方程

2.2.2 边界条件

2.2.3 初始条件

2.2.4 入射条件

2.3 边界积分方程的建立与求解

2.3.1 边界积分方程的建立

2.3.2 边界积分方程的离散

2.4 数值实现

2.4.1 网格生成

2.4.2 时间步进积分

2.4.3 线性方程求解

2.4.4 网格更新与插值技术

2.4.5 交界线处理

2.5 数值模拟流程

2.6 本章小结

3 完全非线性推板造波水槽模型的建立与验证分析

3.1 引言

3.2 推板造波水槽的建立

3.2.1 入射边界条件

3.2.2 无穷远处辐射条件

3.2.3 水槽格林函数

3.3 推板造波方法数值验证

3.3.1 网格收敛性验证

3.3.2 时间步长收敛性验证

3.3.3 数值准确性验证

3.4 浅水波浪模拟与分析

3.4.1 造波板运动频率对波浪传播的影响

3.4.2 造波板运动振幅对波浪传播的影响

3.4.3 水深对波浪传播的影响

3.5 本章小结

4 建立数值波流水槽模拟波流联合作用

4.1 引言

4.2 数值波流水槽的建立

4.2.1 控制方程

4.2.2 边界条件

4.2.3 入射边界条件

4.3 数值波流水槽模型验证

4.3.1 网格收敛性验证

4.3.2 时间步长收敛性验证

4.3.3 模拟结果验证

4.4 探究不同参数下的波流混合作用规律

4.4.1 推板造波与速度边界造波方法比较

4.4.2 探究不同入射波幅时的波流混合作用规律

4.4.3 探究不同入射频率时的波流联合作用规律

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文和参与科研情况

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 蒋月

导师: 孙雷

关键词: 推板造波,速度边界造波法,波流联合,完全非线性,高阶边界元

来源: 大连理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学,海洋学

单位: 大连理工大学

分类号: P75;P731.2

DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2019.000877

总页数: 68

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