变水深半潜平台水动力特性研究

发布时间：2021-05-23 22:28

　　中国具有辽阔的海洋面积,南海海域岛礁周围常常围绕着宽度数百甚至数千米的珊瑚礁盘,这些岛礁和珊瑚礁盘不但拥有丰富的生物资源、旅游资源和矿物资源,并且起着护岛和消波的关键作用。为了便于开发海上资源,可以在岛礁周围布置各种结构物例如半潜平台作为浮动基地。也可以在海上把多个大型的半潜平台连接在一起组成浮式飞机场,所以研究波浪作用下的多浮体水动力特性意义重大。本文在前期应用波浪理论分析浸没岛礁上的波浪运动问题的基础之上,进一步研究岛礁地形下浮体的水动力特性,主要有以下几个部分:1.介绍了应用ANSYS/Workbench进行流体力学分析的基本流程,研究了Workbench/FLUENT中的UDF的用法,编写浮体强迫垂荡运动、强迫横摇运动和自由运动代码程序。2在波浪数值水槽中研究变水深半潜平台的水动力特性时,采用ANSYS/ICEM进行数学建模和网格划分。为提高计算的精度和收敛性,讨论了模型的网格划分和流体域中动网格的应用条件。3.在数值波浪水槽模型中,用多孔介质模型模拟岛礁,用多相流和VOF模型模拟自由表面,应用加密网格和减少时间步长的方法模拟物体在波浪作用下的自由运动。在水槽中将浮体布置在岛礁... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 波浪与多浮体相互作用的研究进展
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 波浪与多孔介质相互作用的研究进展
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
    1.4 本文研究内容和结构框架
2 岛礁环境下浮体的波浪绕射基本理论
    2.1 数学模型
        2.1.1 坐标系的定义
        2.1.2 控制方程及边界条件
    2.2 边界积分方程
    2.3 可渗透结构物速度势的求解
    2.4 波浪力
    2.5 物体运动方程
    2.6 边界元基本理论
        2.6.1 离散化单元
        2.6.2 流场速度计算公式
3 Workbench数值模拟技术
    3.1 Workbench软件介绍
    3.2 Workbench流体分析流程
        3.2.1 单向流固耦合实现
        3.2.2 双向流固耦合实现
    3.3 多相流-VOF模型
        3.3.1 多相流
        3.3.2 VOF模型
    3.4 动网格计算模型
        3.4.1 动网格的更新
    3.5 多孔介质模型
    3.6 FLUENT UDF概述
        3.6.1 UDF在浮体强迫运动中的应用
        3.6.2 UDF在浮体自由运动中的应用
    3.7 小结
4 数值造波在Fluent中实现
    4.1 数值波浪水槽简介
    4.2 基本控制方程
    4.3 推板式造波
    4.4 消波原理
    4.5 程序检验
        4.5.1 波浪数值水槽
        4.5.2 FLUENT模拟过程
        4.5.3 数值水槽基本参数介绍
    4.6 可渗透岛礁在数值波浪水槽中的模拟
        4.6.1 网格划分
        4.6.2 模拟结果
    4.7 小结
5 浮体运动对岛礁上方波高的影响
    5.1 网格划分
    5.2 边界条件设置
    5.3 浮体不动对岛礁上方的波高影响
    5.4 浮体垂荡运动对岛礁上方的波高影响
    5.5 浮体横摇运动对岛礁上方波高的影响
    5.6 浮体自由运动对岛礁上方波高的影响
        5.6.1 网格划分
        5.6.2 岛礁周围波面分析
    5.7 小结
6 岛礁地形下浮体运动的计算结果及讨论
    6.1 浮体不动下的速度矢量图和流场云图
    6.2 浮体垂荡运动下的速度矢量图和流场云图
    6.3 浮体横摇运动下的速度矢量图和流场云图
    6.4 浮体自由运动下的速度矢量图和流场云图
        6.4.1 岛礁周围流场分析
    6.5 岛礁环境对浮体水动力特性的影响
    6.6 小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]多浮体群遮效应的CFD模拟与分析[J]. 何广华,王正科,张志刚,孟洋涵.  哈尔滨工程大学学报. 2019(05)
[2]多浮体系统在波浪作用下运动响应的数值仿真研究[J]. 张周康,洪亮.  机械与电子. 2018(01)
[3]多浮体铰接薄板结构运动响应研究[J]. 王科,张志强,刘影.  船舶力学. 2017(11)
[4]双自由度浮体的CFD模拟与能量吸收特性分析[J]. 张亮,国威.  哈尔滨工业大学学报. 2016(01)
[5]岛礁地形上二维波浪传播的数值模拟[J]. 刘思,柳淑学,李金宣.  港工技术. 2015(05)
[6]岛礁地形下半潜平台水动力性能研究[J]. 吴波,程小明,田超,丁军,刘小龙.  船舶力学. 2015(07)
[7]波浪从孔隙堤上的反射和传递[J]. 傅朝方,朱大同.  水动力学研究与进展A辑. 2013(06)
[8]波浪从离岸防波堤上的反射和传递[J]. 朱大同.  工程力学. 2013(03)
[9]波浪在珊瑚礁坪上传播的水槽试验研究[J]. 梅弢,高峰.  水道港口. 2013(01)
[10]基于高阶边界元法和波浪交互理论的三维相邻多浮体问题研究[J]. 史琪琪,柏木正,杨建民,崔进举.  船舶力学. 2012(05)

博士论文
[1]浮箱—水平板式浮防波堤水动力特性研究[D]. 董华洋.大连理工大学 2009

硕士论文
[1]岛礁多孔介质模型的波浪数值水槽方法研究[D]. 边疆.大连理工大学 2016
[2]水下上弧形板结构水动力特性研究[D]. 施鹏飞.大连理工大学 2015
[3]岛礁环境下的波浪运动研究[D]. 陈彧超.大连理工大学 2015
[4]Fluent UDF方法在数值波浪水槽中的应用研究[D]. 辛颖.大连理工大学 2013
[5]平板与立板型防波堤水动力特性研究[D]. 许旺.大连理工大学 2009



本文编号：3203074