分层流中三维内孤立波与潜体相互作用的数值模拟研究

发布时间：2020-03-21 05:51

【摘要】：随着海洋资源的不断开发及海洋科学研究的不断深入，海洋内波的复杂动力问题倍受关注。内孤立波是一种高频的海洋内波，振幅大，周期短的非线性内波，其传播是单方向的，且速度和波形在传播过程中基本保持不变。内孤立波所携带的巨大能量会导致异常强大的流速，这对水下潜体、石油钻井平台和海底管道等结构物都会造成严重的威胁。由于目前内孤立波对结构物作用的文献资料尚少，故研究这一问题具有重要的意义。 本文利用CFD数值模拟方法研究海洋内孤立波与水中潜体的相互作用问题。首先较系统地回顾和总结国内外研究内波工作，并简要介绍计算流体力学以及数值造波水槽的基础理论与研究方法。其次基于KdV理论与Navier-Stokes控制方程，通过对CFD软件功能模块的二次开发，采用VOF界面追踪技术，利用设置边界造波方法和数值耗散消波法，建立起两层流中三维内孤立波数值水槽，可以有效模拟上凸型和下凹型内孤立波的传播与演变。然后进一步有效地模拟分析内孤立波与潜体的相互作用问题。 本文的主要创新点及主要成果如下： （1）利用设置边界数值造波方法，成功建立了两层流中三维内孤立波数值水槽，分析了上凸型和下凹型内孤波的传播与演变中流场内部结构的分布特性。 （2）成功模拟了三维上凸型和下凹型内孤立波对固定潜体的作用，，分析潜体在不同深度时所受载荷的变化及流场分布变化规律，对比分析上凸型和下凹型内孤立波对潜体的波浪力作用的差异，且发现潜体处于内孤立波波谷或波峰间时波浪力作用最为严重。 （3）通过对比三维模型与二维模型的数值模拟结果表明，两者存在明显的差异；三维模型可以更真实地模拟内孤立波对潜体产生重要的载荷，而二维模型存在较大的简化限制和合理性不足等问题。 研究表明，利用CFD数值方法模拟分层流中三维内孤立波与潜体的相互作用问题，取得了较好的研究结果，对人类在陆架边缘海域的资源开发和军事活动具有十分重要的工程实际意义。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：P731.22

【参考文献】

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1 潘子英,吴宝山,沈泓萃;CFD在潜艇操纵性水动力工程预报中的应用研究[J];船舶力学;2004年05期

2 宁德志;滕斌;周斌珍;刘珍;;源造波法在三维完全非线性数值波浪水槽中的应用[J];大连海事大学学报;2008年02期

3 蔡树群,甘子钧;南海北部孤立子内波的研究进展[J];地球科学进展;2001年02期

4 郭朴;方文东;于红兵;;近海陆架区内潮观测研究进展[J];地球科学进展;2006年06期

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6 杜涛;浅强跃层大振幅内波研究[J];地学前缘;2000年S2期

7 李群;孙丽;徐肇廷;;吕宋海峡内波传播演化的数值模拟[J];海洋通报;2008年04期

8 魏岗;尤云祥;缪国平;苏晓冰;;分层流体中内孤立波在潜浮式竖直薄板上透射和反射[J];海洋工程;2007年01期

9 刘碧涛;李巍;尤云祥;曲衍;范模;;内孤立波与深海立管相互作用数值模拟[J];海洋工程;2011年04期

10 陈钰;朱良生;;基于FLUENT的海洋内孤立波数值水槽模拟[J];海洋技术;2009年04期

本文编号：2592871