浅水波流相互作用及对小尺度直立柱体载荷的影响研究

发布时间：2021-10-18 16:06

　　在近海存在着潮流、风成流等各种形式的水流,波流相互作用在河口、海湾等领域非常普遍。水流的存在导致波浪在传播过程中发生变形,同时其波浪参数和速度场等也会发生改变,因此波流相互作用的研究对于模拟实际的海况和设计海洋建筑物至关重要。本文对周期波与均匀流、周期波与线性剪切流、孤立波与线性剪切流的相互作用进行了时域模拟。使用层析水波理论对波形、波峰下沿水深方向的水平速度分布进行计算。采用有限差分法对层析波浪模型进行求解,应用五点中心差分法进行空间离散,时间步进采用具有四阶精度的Adams预测-校正法。使用Morison方程对小尺度直立柱体进行波流载荷的计算。通过与其他波浪理论结果进行对比,发现对于周期性规则波与均匀流/线性剪切流,孤立波与线性剪切流,各种强弱非线性波与强弱流相互作用的波流场中的波形、速度场、小尺度直立柱体的波流载荷,层析水波理论均能进行准确的求解。同时对于涡量的计算,波浪与涡量为零的均匀流相互作用时,涡量不变,仍为零。波浪与涡量为常数的线性剪切流相互作用时,涡量不变,仍为常数。波浪与涡量为线性变化的非线性剪切流相互作用时,涡量改变,为非线性变化。 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：128 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

圆柱构件在波浪中的示意图

第3章周期波和均匀流的相互作用17第3章周期波和均匀流的相互作用在本章中，将对非线性周期波与均匀流的相互作用进行模拟，见图3.1。设计水池水深d=10m，规则波周期为T=12s，波高H=0.5m、1.5m和3m，纯波波长约为λ=114m，时间步长取为0.03s，空间步长取为1.14m。首先对层析水波模型进行收敛性分析，应用收敛的层析水波理论的解与线性波浪理论、二阶波浪理论以及流函数波浪理论的解进行对比分析，对比内容为：在均匀流流速Uc=1、0.5、0.1、-0.1、-0.5以及-1倍U时的波形，速度场以及小尺度直立柱体所受波浪载荷。U为纯波波峰处的水质点速度。相应参数见表3.1。图3.1非线性周期波与均匀流的相互作用示意图表3.1算例参数算例周期T(s)水深d(m)波高水深比H/d纯波波峰处波速U(m/s)自由面处流速Uc/U112100.050.3020.130.5415-0.16-0.57-1812100.151090.1100.5

21 -1 3.1 边界条件 Zhao 等[44]应用层析水波理论计算波浪传播变形问题，通过该文章中描述的方法，很容易求得无流的周期性规则波的波高 和速度系数0u 、1u 、nu (n=1…K-1)，其中右上角的撇仅代表无流情况。纯均匀流可以表示为 u(z)=Uc。 本章模拟周期性规则波在均匀流中的传播。在造波边界上使用线性叠加法，将均匀流 Uc直接叠加在通过层析水波理论得到的速度系数0u 上。本文所使用的边界条件如图3.2 所示，可以看到计算域被分成三份，左侧的造波过渡区满足


本文编号：3443087