内孤立波演化及与潜体作用的数值研究

发布时间：2023-02-12 21:05

　　内孤立波是存在于海洋中的大尺度动力学现象,它的存在会对海洋工程结构物产生严重的威胁,因此内孤立波已经成为海洋工程设计中必须考虑的一个环境因素。随着对海洋资源的开发走向深远海,对内孤立波的生成演化及其与海洋工程结构的作用问题进行研究有着重要的现实意义。本文在总结前人工作的基础上,对内孤立波在地形上的演化及其与水下潜体的作用问题进行了数值研究,主要开展的工作如下:基于用户自定义函数对商业计算流体力学软件Fluent进行二次开发,采用速度入口造波法将内孤立波理论模型中两层流体水平速度随时间的变化加载到入口边界,构建了两层流体内孤立波数值水槽,实现了实尺度内孤立波的生成与稳定传播。基于构建的内孤立波数值水槽对实尺度内孤立波与简化平顶海山地形作用过程进行了数值模拟,分析了不同波幅的内孤立波经过不同高度的地形时波浪参数及流场的变化规律。结果表明:内孤立波与地形作用时波形、波幅、能量、流体上下层水平速度、地形周围流体的涡量及湍流动能会发生明显的变化。随着地形高度以及内孤立波波幅增加,内孤立波与地形的作用程度越强,上述物理量的变化程度也越剧烈。基于构建的内孤立波数值水槽对实尺度内孤立波与潜体作用过程进...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状综述
        1.2.1 内孤立波与海底地形作用研究现状
        1.2.2 内孤立波与海洋工程结构物作用研究现状
    1.3 本文研究的主要内容
2 内孤立波数值模拟理论基础
    2.1 计算流体力学(CFD)基本理论
        2.1.1 流体运动基本控制方程
        2.1.2 湍流模型
        2.1.3 两层流体交界面捕捉方法——VOF法
    2.2 两层流体内孤立波基本理论
        2.2.1 两层流体内孤立波控制方程及定解条件
        2.2.2 两层流体内孤立波理论模型
        2.2.3 与内孤立波相关的物理量定义
    2.3 本文采用的无量纲量定义
    2.4 本章小结
3 内孤立波数值水槽的建立
    3.1 模型设置
        3.1.1 数值水槽参数设置
        3.1.2 边界条件及初始条件
        3.1.3 求解算法
    3.2 无关性验证
        3.2.1 网格无关性验证
        3.2.2 时间步无关性验证
    3.3 数值结果与理论解对比
        3.3.1 波形对比
        3.3.2 上、下层流体水平速度对比
    3.4 无地形条件下内孤立波的传播
        3.4.1 内孤立波流场分析
        3.4.2 内孤立波波形变化
        3.4.3 内孤立波波幅变化
        3.4.4 内孤立波能量变化
    3.5 本章小结
4 内孤立波在地形上的演化
    4.1 内孤立波与地形作用算例验证
        4.1.1 工况设置
        4.1.2 数值结果分析
    4.2 简化平顶海山地形对内孤立波传播的影响
        4.2.1 工况设置
        4.2.2 数值结果分析
    4.3 本章小结
5 内孤立波对固定潜体作用载荷分析
    5.1 内孤立波与水下潜体作用算例验证
        5.1.1 工况设置
        5.1.2 数值结果分析
    5.2 内孤立波与固定水下潜体作用载荷分析
        5.2.1 工况设置
        5.2.2 数值结果分析
    5.3 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



本文编号：3741831