带有消浪结构的浮式海洋结构物水动力研究

发布时间：2021-06-09 09:37

　　随着传统能源的不断消耗和全球环境污染的日益严重,开发清洁可持续的新能源迫在眉睫。海洋能作为一种清洁能源,具有分布广、储量大以及没有污染等特点,被世界各国广泛关注。随着对海洋资源的不断开发,所建立的海洋基础结构物等受波浪的冲击破坏严重也日益严重,逐渐成为制约海洋能源开发的主要因素。因此,研究采用消浪结构来保护海洋基础结构物具有重大意义。本文主要通过CFD数值模拟的方法,对开孔板这类消浪结构物在海洋结构物上的应用特性进行了研究。首先基于不可压缩粘性流体的N-S方程,建立了二维数值波浪水槽,采用动网格模型和VOF法追踪自由表面,进行数值造波和消波,并对数值造波的准确性进行了检验,同时进行了时间步长独立性和网格无关性检验,发现当网格尺度采用Δh/H_i<0.17,时间步长采用最大库朗数C_r<0.5的变时间步长计算时,能够获得精度较好的模拟结果。其次建立了单层开孔板数值模型,对单层开孔板消波减载效果进行了研究。研究发现,对于作用在单层开孔板上的水平波浪力而言,增大开孔板的开孔率能够有效减小水平波浪力,当最大波浪力达到最小值时,开孔率在0.2左... 

【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】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 消浪结构物应用概况
    1.3 国内外消浪结构物发展综述
        1.3.1 国外发展现状
        1.3.2 国内发展现状
    1.4 主要研究内容及意义
        1.4.1 主要研究内容
        1.4.2 研究意义
2 CFD基础及数值波浪水槽
    2.1 CFD控制方程及基础理论
        2.1.1 CFD一般计算步骤
        2.1.2 控制方程
        2.1.3 常用的湍流模型简介
    2.2 数值波浪水槽的发展及应用
        2.2.1 数值造波
        2.2.2 数值消波的几种方式
    2.3 Fluent软件中的UDF及动网格
        2.3.1 Fluent软件简介
        2.3.2 UDF简介以及在数值造波中的应用
        2.3.3 Fluent中的动网格模型
    2.4 Fluent软件中的两相流模型及VOF
        2.4.1 多相流介绍
        2.4.2 两相流-VOF模型
    2.5 波浪相关理论
    2.6 本章小结
3 CFD模型验证与单层开孔板消浪特性研究
    3.1 数值波浪水槽的建立与检验
        3.1.1 数值波浪水槽模型建立
        3.1.2 数值波浪水槽网格划分及求解
        3.1.3 无关性检验
    3.2 单层开孔板数值模型
        3.2.1单层开孔板前期实验
        3.2.2 单层开孔板数值模型及网格划分
        3.2.3 波浪条件和凑波
    3.3 单层开孔板数值结果与实验对比
    3.4 本章小结
4 带有开孔板的固定式海洋结构物水动力特性研究
    4.1 模型的建立与网格划分
        4.1.1 数值模型
        4.1.2 网格划分与计算求解
    4.2 开孔率对消波减载效果的影响
        4.2.1 开孔率对反射系数的影响
        4.2.2 开孔率对波浪力的影响
        4.2.3 开孔率影响下的流场云图分析
    4.3 相对距离对消波减载效果的影响
        4.3.1 相对距离对反射系数的影响
        4.3.2 相对距离对水平波浪力的影响
        4.3.4 相对距离影响下的流场云图分析
    4.4 本章小结
5 带有开孔板的浮式海洋结构水动力特性研究
    5.1 模型的建立与网格划分
        5.1.1 模型的建立
        5.1.2 网格划分
        5.1.3 计算求解
    5.2 开孔率对消波减载效果的影响
        5.2.1 开孔率对反射系数的影响
        5.2.2 开孔率对水平波浪力的影响
        5.2.3 开孔率对垂直波浪力的影响
    5.3 相对距离对消波减载效果的影响
        5.3.1 相对距离对反射系数的影响
        5.3.2 相对距离对水平波浪力的影响
        5.3.3 相对距离对垂直波浪力的影响
    5.4 本章小结
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]波浪与开孔沉箱相互作用的CLEAR-VOF数值模拟[J]. 邢飞,孙大鹏,夏志盛,吴浩.  水道港口. 2014(05)
[2]开孔沉箱消浪性能试验研究[J]. 施晓迪,琚烈红,冯卫兵,丁军.  水运工程. 2011(03)
[3]双层开孔直立式板结构的消波性能试验[J]. 汪宏,沈丽玉,王勇.  水运工程. 2011(02)
[4]规则波作用下有顶板开孔沉箱垂直波浪力试验研究[J]. 姜俊杰,李玉成.  水运工程. 2011(01)
[5]规则波作用下开孔沉箱波浪力计算方法的实验研究[J]. 姜俊杰,李玉成,孙大鹏,马宝联.  水运工程. 2009(01)
[6]Experimental and Theoretical Investigation of Wave Forces on APartially-Perforated Caisson Breakwater with A Rock-Filled Core[J]. 刘勇,李玉成,滕斌,姜俊杰.  China Ocean Engineering. 2006(02)
[7]Wave Action on Structures of Combined Cylinders[J]. 孙路,李玉成,滕斌,张宁川.  China Ocean Engineering. 2005(03)
[8]不规则波作用下有顶板开孔沉箱总水平力的计算[J]. 李玉成,陈雪峰,孙大鹏,刘勇,姜俊杰,马宝联.  中国海洋平台. 2005(01)
[9]不规则波作用下开孔沉箱垂直方向受力的试验研究[J]. 姜俊杰,李玉成,孙大鹏,马宝联.  中国海洋平台. 2004(05)
[10]规则波作用下无顶盖开孔沉箱所受垂直力的实验研究[J]. 李玉成,姜俊杰,孙大鹏,马宝联.  中国海洋平台. 2004(02)

博士论文
[1]基于SPH方法波浪与开孔沉箱式防波堤相互作用的数值研究[D]. 唐晓成.大连理工大学 2016

硕士论文
[1]波浪与开孔沉箱相互作用的数值研究[D]. 邢飞.大连理工大学 2014
[2]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
[3]波浪与开孔直墙式防波堤的相互作用[D]. 马宝联.大连理工大学 2004



本文编号：3220343