淹没水平板消波性能的SPH分析

发布时间：2017-04-15 18:08

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【摘要】：在有限水深的重力水波传播过程中,垂直于波浪传播方向上的波能伴随着水深加大而急剧减小,波能的传递主要集中于波浪传播水深的自由水面以下至静水深的三分之一范围内。为此可以探究一类上部为连续体的方箱、圆筒或者板式排筏等结构,以其阻断性消减波浪源于外海的波能传递,且不影响海域湾内的景观效果,下部为透空的消波结构物。这类结构物通常可用作为较深水、宽海域作业或者海况较差的近海工程外围的防护设施。这类透空式防波堤与传统的座底式防波堤相比,改变了材料在水深方向上分布的不合理性,具有造价低廉、修建迅速、受地质条件影响小等优点,且能保证掩护水域内外海水的交换,符合“绿色港口”的发展需求。因而,透空式防波堤在具有广阔的应用前景。然而,先前对于诸多特种结构的防波堤的研究大部分停留在物理实验的数据观测、积累经验阶段。对于物理模型的反复修改以及探索新的结构模型大都要耗费大量的试验时间以及模型制作费用；而且实验研究所做的工况组次往往受到各个实验室条件的限制,各组次实验之间的条件控制间隔较为跳跃性,模型实验的许多细微现象难以被观测发现。因此,本论文应用一种无网格化的计算流体力学方法——SPH法,建立二维规则波数值水槽,数值模拟规则波与淹没水平板之间的相互作用过程。与此同时,为了验证数值模型的计算数据准确性,本文进行了对应的物理模型试验。数值模拟验证了数值波浪水槽的规则波生成的稳定性,并对比分析了淹没水平板的迎浪侧、背浪侧的自由波面的历时过程线。更进一步地,对比分析了淹没水平板下侧深水区域内的流场流速历时过程线。数值模拟的结果表明,本论文所建立的SPH法模型适应于数值模拟规则波与此类结构物的相互作用。以此,可以快速地探究选择最佳消能效果的几何结构,为工程经济建设提供必要的参考。另外,应用本文所建立的SPH法数值模型,分析了淹没水平板与波浪相互作用过程中水平板附近区域内的流场变化情况,探讨分析了淹没水平板消波机理。改变影响水平板消波性能的相对板宽(板宽/入射波波长)、相对淹没深度(淹没深度／静水深)两个主要影响因素,计算并给出了淹没水平板的反射系数、透射系数的变化情况。
【关键词】：淹没水平板 SPH法 波浪与结构的相互作用 消波性能 数值模拟
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U656.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 课题研究的背景及意义8-10
• 1.2 淹没水平板消波性能的研究进展10-14
• 1.2.1 物理试验方向10-12
• 1.2.2 理论分析方向12-13
• 1.2.3 数值模拟方向13-14
• 1.3 SPH方法数值模拟的研究进展14-16
• 1.4 本文的主要工作16-18
• 2 SPH方法的基本原理及数值实现18-31
• 2.1 SPH方法的基本方程18-19
• 2.2 光滑核函数19-20
• 2.3 自由波面流的SPH方法离散方程20-26
• 2.3.1 SPH法的离散方法20-23
• 2.3.2 粘性修正23-25
• 2.3.3 状态方程25-26
• 2.3.4 密度修正26
• 2.3.5 粒子位移26
• 2.4 固定边界26-28
• 2.5 时间积分28-29
• 2.6 数值修正29-31
• 3 数值波浪水槽的建立及验证31-42
• 3.1 数值波浪水槽的计算域31-33
• 3.2 数值波浪水槽的验证33-36
• 3.3 淹没水平板前后波面对比分析36-38
• 3.4 淹没水平板流场流速对比分析38-42
• 4 淹没水平板消波性能分析42-47
• 4.1 文献结果对比42-43
• 4.2 相对板宽的影响43-44
• 4.3 相对淹没深度的影响44-45
• 4.4 相对波高的影响45-47
• 5 淹没水平板的流场分析47-67
• 5.1 水平板淹没水中47-50
• 5.2 淹没水中的水平板上侧水体流速分析50-53
• 5.3 水平板处于自由水面53-55
• 5.4 淹没单层水平板与双层、三层水平板的对比分析55-67
• 结论67-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况73-74
• 致谢74-75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张锁春;光滑质点流体动力学（SPH）方法（综述）[J];计算物理;1996年04期

2 高睿;任冰;王国玉;王永学;;孤立波浅化过程的SPH数值模拟[J];水动力学研究与进展A辑;2010年05期

3 任冰;高睿;金钊;王国玉;王永学;;波浪对透空式结构物冲击作用的光滑粒子流体动力学数值模拟[J];海洋学报(中文版);2012年01期

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本文编号：308943