海洋内孤立波与水下潜器相互作用研究
发布时间：2022-02-16 20:20
海洋内部的强非线性内孤立波能对跨越密度跃层的水下潜器产生剪切作用,严重影响水下潜器的安全性。海洋内孤立波环境与潜器相互作用问题已成为热点研究。本文基于商用软件ANSYS15.0,依据KdV、eKdV和mKdV三类内孤立波理论计算速度入口,建立了两层流体中内孤立波与水下潜器相互作用的数值模拟方法。在系统总结了国内外研究现状的基础上,围绕内孤立波与水下潜器相互作用的载荷与响应问题展开了以下工作:（1）简要介绍了三种内孤立波理论,并对数值模拟方法和动网格技术等CFD数值模拟相关知识进行了系统的说明。（2）根据内孤立波的三类理论,以RANS方程为控制方程,结合VOF方法,采用速度入口造波方式,建立了二维及三维上凸型与下凹型内孤立波数值水池,并将数值结果与对应理论和实验结果进行了对比,验证了造波方法的可行性,并对内孤立波的流场特性进行了分析。（3）在建立了可行内孤立波数值水池的基础上,研究了内孤立波与固定潜器相互作用时的载荷特性。计算分析了内孤立波作用下潜器的无因次水平力、垂向力和力矩的变化规律。研究发现,潜器的受力变化规律与潜器的潜深、内孤立波波幅、上下层水深比和内孤立波类型有关。最后对两类内...
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 内孤立波的实验研究
1.2.2 内孤立波的数值模拟研究
1.2.3 海洋内孤立波与结构物相互作用研究
1.2.4 尚需开展的工作
1.3 本文的主要工作及创新点
1.3.1 本文主要研究内容
1.3.2 本文创新点
第2章 内孤立波数值模拟理论基础
2.1 内孤立波理论
2.1.1 内孤立波KdV理论模型
2.1.2 内孤立波eKdV理论模型
2.1.3 内孤立波mKd V理论模型
2.2 流体基本控制方程
2.3 数值模型
2.3.1 流域控制方程的离散
2.3.2 流场迭代求解方法
2.3.3 动网格技术
2.4 本章小结
第3章 内孤立波数值水池
3.1 二维内孤立波数值水池的构建
3.1.1 下凹型内孤立波数值水池
3.1.2 上凸型内孤立波数值水池
3.2 三维内孤立波数值水池的构建
3.2.1 三维下凹型内孤立波数值水池
3.2.2 三维上凸型内孤立波数值水池
3.3 本章小结
第4章 内孤立波与固定潜器相互作用的载荷特性
4.1 内孤立波作用下潜器载荷验证算例
4.1.1 计算模型说明
4.1.2 边界条件和数值处理方法
4.1.3 计算结果
4.2 内孤立波对水下潜器作用力分析
4.2.1 计算模型说明
4.2.2 潜器在不同潜深下的波浪力
4.2.3 潜器在不同波幅下的波浪力
4.2.4 潜器在不同上下层流体深度比下的波浪力
4.2.5 潜器在不同内孤立波类型下的波浪力
4.3 波面变化及潜器表面压力分布
4.3.1 下凹型内孤立波波面及表压分析
4.3.2 上凸型内孤立波波面及表压分析
4.4 本章小结
第5章 内孤立波与悬浮潜器相互作用的运动响应
5.1 运动方程
5.2 计算模型说明
5.3 边界条件和数值处理方法
5.4 潜器在不同潜深下的运动响应
5.4.1 三自由度运动特性分析
5.4.2 潜器运动轨迹分析
5.4.3 潜器受力分析
5.5 潜器在不同波幅下的运动响应
5.6 潜器在不同上下层流体深度比下的运动响应
5.7 潜器在两类内孤立波作用下的运动响应
5.7.1 三自由度运动特性分析
5.7.2 上凸型内孤立波作用下潜器运动轨迹分析
5.8 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
详细摘要
【参考文献】：
期刊论文
[1]内孤立波对水平圆柱潜体作用力的计算[J]. 殷文明,郭海燕,吴凯锋,马东. 浙江大学学报(工学版). 2016(07)
[2]Effects of large-amplitude internal solitary waves on ROV operation——A numerical study[J]. SHEN Hui,HOU YiJun. Science China（Earth Sciences）. 2016(05)
[3]海洋内孤立波作用下张力腿平台动力响应特性[J]. 马孟达,尤云祥,张新曙. 水动力学研究与进展A辑. 2016(02)
[4]半潜平台内孤立波载荷特性数值模拟[J]. 王旭,林忠义,尤云祥. 船舶力学. 2015(10)
[5]两层流体中三类内孤立波数值造波方法比较研究[J]. 方舟,严圣甫,王旭. 热带海洋学报. 2015(04)
[6]下凹型内孤立波沿台阶地形演化特征试验[J]. 屈子云,魏岗,杜辉,靖树一,王欣隆. 河海大学学报(自然科学版). 2015(01)
[7]分层流风波水槽中基于线阵CCD水面影像反演内孤立波的实验研究[J]. 魏岗,王欣隆,陈祥瑞,曾文华,杜辉,李万鹏. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2015(01)
[8]内孤立波与直立圆柱体相互作用特性数值模拟[J]. 王旭,林忠义,尤云祥. 哈尔滨工程大学学报. 2015(01)
[9]两层流体中内孤立波质量源数值造波方法[J]. 王旭,林忠义,尤云祥. 上海交通大学学报. 2014(06)
[10]Experimental investigation of the generation of large-amplitude internal solitary wave and its interaction with a submerged slender body[J]. WEI Gang,DU Hui,XU XiaoHui,ZHANG YuanMing,QU ZiYun,HU TianQun,YOU YunXiang. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2014(02)
博士论文
[1]深海浮式结构物内孤立波载荷及其动力响应特性研究[D]. 黄文昊.上海交通大学 2014
[2]基于非静压模型的南海东北部内孤立波数值模拟研究[D]. 陈同庆.天津大学 2012
[3]南海北部内潮与非线性内波：观测与数值模拟研究[D]. 廖光洪.中国海洋大学 2012
硕士论文
[1]南海北部内孤立波三维数值模拟[D]. 迟乐泉.中国海洋大学 2014
[2]内孤立波与浮式生产储卸油系统作用特性研究[D]. 许忠海.上海交通大学 2014
[3]南海北部内孤立波生成的数值模拟研究[D]. 郭大全.中国科学院研究生院（海洋研究所） 2013
[4]分层流中三维内孤立波与潜体相互作用的数值模拟研究[D]. 李国迎.华南理工大学 2012
[5]海洋内孤立波与深海立管的相互作用数值模拟研究[D]. 高原雪.上海交通大学 2012
[6]内孤立波与深海立管相互作用数值模拟研究[D]. 刘碧涛.上海交通大学 2011
[7]海洋内孤立波与潜体相互作用数值模拟研究[D]. 陈钰.华南理工大学 2010
[8]内孤立波与深海半潜式平台及立管相互作用数值模拟研究[D]. 周小龙.上海交通大学 2010
[9]内孤立波与潜体相互作用的数值模拟研究[D]. 付东明.上海交通大学 2009
本文编号：3628598
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 内孤立波的实验研究
1.2.2 内孤立波的数值模拟研究
1.2.3 海洋内孤立波与结构物相互作用研究
1.2.4 尚需开展的工作
1.3 本文的主要工作及创新点
1.3.1 本文主要研究内容
1.3.2 本文创新点
第2章 内孤立波数值模拟理论基础
2.1 内孤立波理论
2.1.1 内孤立波KdV理论模型
2.1.2 内孤立波eKdV理论模型
2.1.3 内孤立波mKd V理论模型
2.2 流体基本控制方程
2.3 数值模型
2.3.1 流域控制方程的离散
2.3.2 流场迭代求解方法
2.3.3 动网格技术
2.4 本章小结
第3章 内孤立波数值水池
3.1 二维内孤立波数值水池的构建
3.1.1 下凹型内孤立波数值水池
3.1.2 上凸型内孤立波数值水池
3.2 三维内孤立波数值水池的构建
3.2.1 三维下凹型内孤立波数值水池
3.2.2 三维上凸型内孤立波数值水池
3.3 本章小结
第4章 内孤立波与固定潜器相互作用的载荷特性
4.1 内孤立波作用下潜器载荷验证算例
4.1.1 计算模型说明
4.1.2 边界条件和数值处理方法
4.1.3 计算结果
4.2 内孤立波对水下潜器作用力分析
4.2.1 计算模型说明
4.2.2 潜器在不同潜深下的波浪力
4.2.3 潜器在不同波幅下的波浪力
4.2.4 潜器在不同上下层流体深度比下的波浪力
4.2.5 潜器在不同内孤立波类型下的波浪力
4.3 波面变化及潜器表面压力分布
4.3.1 下凹型内孤立波波面及表压分析
4.3.2 上凸型内孤立波波面及表压分析
4.4 本章小结
第5章 内孤立波与悬浮潜器相互作用的运动响应
5.1 运动方程
5.2 计算模型说明
5.3 边界条件和数值处理方法
5.4 潜器在不同潜深下的运动响应
5.4.1 三自由度运动特性分析
5.4.2 潜器运动轨迹分析
5.4.3 潜器受力分析
5.5 潜器在不同波幅下的运动响应
5.6 潜器在不同上下层流体深度比下的运动响应
5.7 潜器在两类内孤立波作用下的运动响应
5.7.1 三自由度运动特性分析
5.7.2 上凸型内孤立波作用下潜器运动轨迹分析
5.8 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
详细摘要
【参考文献】：
期刊论文
[1]内孤立波对水平圆柱潜体作用力的计算[J]. 殷文明,郭海燕,吴凯锋,马东. 浙江大学学报(工学版). 2016(07)
[2]Effects of large-amplitude internal solitary waves on ROV operation——A numerical study[J]. SHEN Hui,HOU YiJun. Science China（Earth Sciences）. 2016(05)
[3]海洋内孤立波作用下张力腿平台动力响应特性[J]. 马孟达,尤云祥,张新曙. 水动力学研究与进展A辑. 2016(02)
[4]半潜平台内孤立波载荷特性数值模拟[J]. 王旭,林忠义,尤云祥. 船舶力学. 2015(10)
[5]两层流体中三类内孤立波数值造波方法比较研究[J]. 方舟,严圣甫,王旭. 热带海洋学报. 2015(04)
[6]下凹型内孤立波沿台阶地形演化特征试验[J]. 屈子云,魏岗,杜辉,靖树一,王欣隆. 河海大学学报(自然科学版). 2015(01)
[7]分层流风波水槽中基于线阵CCD水面影像反演内孤立波的实验研究[J]. 魏岗,王欣隆,陈祥瑞,曾文华,杜辉,李万鹏. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2015(01)
[8]内孤立波与直立圆柱体相互作用特性数值模拟[J]. 王旭,林忠义,尤云祥. 哈尔滨工程大学学报. 2015(01)
[9]两层流体中内孤立波质量源数值造波方法[J]. 王旭,林忠义,尤云祥. 上海交通大学学报. 2014(06)
[10]Experimental investigation of the generation of large-amplitude internal solitary wave and its interaction with a submerged slender body[J]. WEI Gang,DU Hui,XU XiaoHui,ZHANG YuanMing,QU ZiYun,HU TianQun,YOU YunXiang. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2014(02)
博士论文
[1]深海浮式结构物内孤立波载荷及其动力响应特性研究[D]. 黄文昊.上海交通大学 2014
[2]基于非静压模型的南海东北部内孤立波数值模拟研究[D]. 陈同庆.天津大学 2012
[3]南海北部内潮与非线性内波：观测与数值模拟研究[D]. 廖光洪.中国海洋大学 2012
硕士论文
[1]南海北部内孤立波三维数值模拟[D]. 迟乐泉.中国海洋大学 2014
[2]内孤立波与浮式生产储卸油系统作用特性研究[D]. 许忠海.上海交通大学 2014
[3]南海北部内孤立波生成的数值模拟研究[D]. 郭大全.中国科学院研究生院（海洋研究所） 2013
[4]分层流中三维内孤立波与潜体相互作用的数值模拟研究[D]. 李国迎.华南理工大学 2012
[5]海洋内孤立波与深海立管的相互作用数值模拟研究[D]. 高原雪.上海交通大学 2012
[6]内孤立波与深海立管相互作用数值模拟研究[D]. 刘碧涛.上海交通大学 2011
[7]海洋内孤立波与潜体相互作用数值模拟研究[D]. 陈钰.华南理工大学 2010
[8]内孤立波与深海半潜式平台及立管相互作用数值模拟研究[D]. 周小龙.上海交通大学 2010
[9]内孤立波与潜体相互作用的数值模拟研究[D]. 付东明.上海交通大学 2009
本文编号：3628598
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