波浪对大尺度固定柱状结构物作用的数值水池模拟

发布时间：2017-09-18 19:14

  本文关键词：波浪对大尺度固定柱状结构物作用的数值水池模拟

  更多相关文章： 数值波浪水池 溃坝实验 源项造波 波浪爬坡 波浪砰击

【摘要】：在海洋工程领域,海浪对结构物作用的研究和模拟是非常重要的一部分。工程上对于此问题的研究有势流理论和计算流体力学(CFD)两种研究方法。近几年,随着计算机技术的发展,计算流体力学也得以发展和广泛使用。由于数值水池能较好的模拟海洋结构物和流体的相互作用,且与模型试验相比有节约人力、物力、财力等优势,目前数值波浪水池成为了流体力学研究的前沿方向。本文主要研究了数值水池中波浪对大尺度固定柱状结构物的作用。为了研究此问题本文做了以下几方面的研究:1)使用FLUENT软件对溃坝模型试验进行模拟,使用RNG k-ε粘性模型以及PISO的算法计算了水流对集装箱的压力以及水池不同位置的液面变化,并与实验结果进行了对比,证明此方法可以较为精确的对出压力变化以及液面的变化进行监测;2)使用质量源项的造波方法以及人工粘性消波方法在数值水池中对线性规则波和双色波进行模拟,并将计算结果与波浪理论的理论值进行对比,证明此计算方法可以较为精确的模拟出线性规则波以及双色波;3)在溃坝实验以及波浪生成模拟方法的基础上,对MARINTEK的波浪爬坡实验进行模拟,计算结果与实验结果对比表明本方法可以较为精确的计算出波浪爬坡高度;4)在波浪爬坡实验模拟的基础上,计算波浪对于结构物的砰击压力,对结构物所受的载荷进行预测。本文在前人研究的基础上,将数值波浪水池技术应用到在结构物的作用下波浪爬坡高度的计算以及波浪对结构物压力的预报上,结果表明本文的计算较为精确,此方法可以用于结构物在波浪中的响应问题的研究中,对海洋结构物的设计有一定的参考价值。
【关键词】：数值波浪水池 溃坝实验 源项造波 波浪爬坡 波浪砰击
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U661.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 课题研究背景及意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 数值水池波浪模拟的研究现状10-12
• 1.2.2 波浪与柱状结构物相互作用的研究现状12-13
• 1.3 本文研究内容13-15
• 第二章 数值波浪水池模拟基本理论15-29
• 2.1 波浪理论15-18
• 2.1.1 波浪运动的控制方程及边界条件15-16
• 2.1.2 Airy波理论16-17
• 2.1.3 Stokes波理论17-18
• 2.2 数值水池波浪模拟方法18-20
• 2.2.1 数值造波方法18-19
• 2.2.2 数值消波方法19-20
• 2.3 数值波浪水池模拟基本方程及求解方法20-26
• 2.3.1 Navier-Stokes方程20-21
• 2.3.2 方程的离散和求解方法21-23
• 2.3.3 自由表面跟踪技术23-24
• 2.3.4 湍流模型选择24-26
• 2.4 FLUENT软件介绍26-27
• 2.5 波浪爬坡现象研究27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第三章 某溃坝模型实验的数值模拟与验证29-39
• 3.1 引言29
• 3.2 MARIN溃坝实验介绍29-31
• 3.3 溃坝实验FLUENT数值模拟结果31-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 数值水池中单色波与双色波的模拟研究39-50
• 4.1 引言39
• 4.2 模拟波况选择39-40
• 4.3 线性规则波模拟结果40-46
• 4.3.1 M1波浪模拟结果41-44
• 4.3.2 B11波浪模拟结果44-46
• 4.4 双色波模拟结果46-48
• 4.5 本章小结48-50
• 第五章 波浪与柱状结构物相互作用的数值模拟50-74
• 5.1 引言50
• 5.2 MARINTEK波浪爬坡实验介绍50-51
• 5.3 波浪爬坡模拟结果分析51-57
• 5.3.1 线性规则波爬坡模拟结果对比分析53-55
• 5.3.2 双色波爬坡模拟结果对比分析55-57
• 5.4 波浪对柱状结构物砰击载荷模拟结果分析57-73
• 5.4.1 线性规则波载荷模拟结果分析58-65
• 5.4.2 双色波载荷模拟结果对比分析65-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 本文创新点74
• 6.2 主要研究工作总结及结论74
• 6.3 进一步研究工作及展望74-76
• 参考文献76-78
• 发表论文及参加科研情况说明78-79
• 致谢79-80

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