畸形波作用下水平板上浪砰击数值研究

发布时间：2020-09-30 01:49

　　畸形波是一种具有大波高、高能量、非线性较强的波浪。畸形波的存在时间短,难以预测,可以在深水、浅水、有限水深区域产生,也可以在复杂的海况中生成,正是因为畸形波的这种短暂性与偶然性,使得目前人们对畸形波的研究工作仍不完善,对畸形波的产生机理及影响因素仍然不明确,对畸形波作用下的上浪砰击数值研究的成果则更少。本文构造二维数值水槽,模拟线性规则波以及不同阶数的Stokes波,并将数值模拟结果与理论结果对比,发现二者波形吻合,验证二维数值水槽的有效性。对不同类型畸形波进行数值模拟,包括对基于薛定谔方程一阶Peregrine呼吸子解的畸形波在有限水深以及无限水深两种情况下进行数值模拟;对基于Gauss包络的畸形波进行数值模拟,并将模拟出的波形与实际理论模型计算得出的波形进行对比,发现数值模拟结果与理论波形相吻合,说明数值模拟波浪的精确性。基于薛定谔方程一阶Peregrine呼吸子解畸形波的模拟结果,进行水平板上浪砰击的数值研究,包括对不同厚度的水平板在发生上浪时水体的液面轮廓、水体上浪后的运动速度、水体在上浪前对水平板侧方的砰击产生的压力、水体上浪后对水平板的压力进行监测并进行分析,得出相关的结论,对船舶的安全航行提供参考。此外,对线性规则波发生的上浪现象以及基于Gauss包络的畸形波的水平板上浪进行模拟,对比三种不同波浪发生上浪时的不同规律。采用计算流体力学(CFD)方法,以矩形液块为例,模拟实际溃坝流动过程,对比数值结果与传统Ritter解及MDB模型预报结果,找出两者不足,提出了一种改进溃坝(IDB)模型,应用于预报实际的溃坝流动。使用IDB模型对上浪水体的液面轮廓进行预报,找出问题并对IDB模型进行修正,提出一组新的数学模型,即上浪-溃坝(WODB)模型,可以直接应用于上浪水体的液面轮廓预报,对船舶航行的安全性研究具有参考价值。
【学位单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U661
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 畸形波研究现状
    1.3 甲板上浪研究现状
    1.4 本文主要研究内容
    1.5 本文主要创新点
第2章数值波浪水槽理论基础
    2.1 引言
    2.2 控制方程及求解
        2.2.1 控制方程
        2.2.2 控制方程的求解
        2.2.3 边界条件
    2.3 数值波浪水槽
        2.3.1 数值造波
        2.3.2 数值消波
        2.3.3 数值波浪水槽的验证
    2.4 本章小结
第3章畸形波的数值模拟
    3.1 引言
    3.2 畸形波的数学模型
        3.2.1 基于NLS方程一阶呼吸子解的畸形波
        3.2.2 Gauss包络形态的畸形波
    3.3 基于NLS方程呼吸子解畸形波的数值模拟
        3.3.1 无限水深畸形波的数值模拟
        3.3.2 有限水深畸形波的数值模拟
    3.4 Gauss包络形态的畸形波的数值模拟
    3.5 本章小结
第4章畸形波作用下水平板上浪砰击数值模拟
    4.1 引言
    4.2 水平板上浪数值模拟参数设定
    4.3 一阶呼吸子解畸形波的水平板上浪砰击数值研究
        4.3.1 水平板上浪液面高度时历曲线
        4.3.2 水平板上液面轮廓分布
        4.3.3 水体的运动速度
        4.3.4 水平板上压力分布
    4.4 对比三种不同波浪的水平上浪
        4.4.1 上浪水体液面轮廓对比
        4.4.2 上浪水体截面速度对比
        4.4.3 上浪水体压力对比
    4.5 本章小结
第5章畸形波作用下水平板上浪的改进溃坝模型
    5.1 引言
    5.2 传统溃坝模型
    5.3 溃坝问题的数值模拟
        5.3.1 溃坝数值模拟及其验证
        5.3.2 溃坝数值结果与传统溃坝模型结果对比
    5.4 改进溃坝模型及其验证
        5.4.1 改进溃坝模型
        5.4.2 算例及其验证
    5.5 上浪-溃坝模型
        5.5.1 IDB模型预报畸形波作用下的水平板上浪
        5.5.2 IDB模型的修正
        5.5.3 上浪-溃坝(WODB)模型验证
    5.6 本章小结
第6章总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献

【参考文献】