聚焦波浪与圆柱作用的数值模拟

发布时间：2017-08-22 11:28

  本文关键词：聚焦波浪与圆柱作用的数值模拟

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【摘要】：本文基于Fluent软件对聚焦波浪与圆柱作用的物理实验进行了数值模拟,对聚焦波的波面、水动力特性和聚焦波浪与直立圆柱作用的波浪涌高、圆柱点压力和正向总力进行了模拟分析,并研究了聚焦波浪与不同尺度圆柱作用的特点,为今后进一步研究聚焦波浪与其它型式结构物的作用奠定了基础。首先通过模拟线性规则波浪对数值水槽的造波方法、消波方法、计算格式设置、边界条件设置进行了验证。通过对不同波长处的波面时间过程进行对比,发现推板造波法和源(?)法,都可以在二维数值水槽中模拟规则波,阻尼消波方法有效,波浪的反射影响基本可以忽略不计。采用推板造波,对不同波浪参数的线性规则波浪进行数值模拟,探究了网格尺度和计算的时间步长与波浪参数的关系,给出了设定时间步长和划分网格尺度的建议值。随后,本文用数值计算模型,对聚焦波浪生成物理实验进行数值模拟,采用了模拟频谱和模拟波列两种方法,通过数值模拟和物理实验不同位置处的波面历时曲线对比,可以看出两种方法都能较好的模拟聚焦波浪,考虑到模拟波面方法的局限性,本文选用了模拟频谱的方式进行聚焦波浪与圆柱作用的模拟。同时,数值模拟的聚焦点下的水质点速度历时曲线也与物理实验结果吻合良好,验证了用Fluent软件构建的数值模型的有效性。进一步对聚焦波浪与直立圆柱作用的物理实验进行了对应的数值模拟,其中模型尺度和波浪参数均与物理实验相同。数值模拟的不同位置处的聚焦波面历时、圆柱不同位置处的点压力历时曲线、聚焦点下的水质点速度历时曲线和圆柱的正向总力历时曲线均与物理实验结果对比良好,同时在点压力的模拟中还对物理实验中的问题进行了补充。在验证数值模型有效性之后,模拟了聚焦波浪与不同尺度圆柱的作用,对不同波陡,不同相对柱径聚焦点及圆柱周围各点的波浪涌高等情况进行了详细的分析,研究了聚焦波作用下直立圆柱所受到点压力和正向总力情况,同时,分析了小尺度圆柱和过渡尺度圆柱所受到的正向总力最大值与Morison公式结果进行了比较。
【关键词】：聚焦波浪 直立圆柱 Fluent软件 水动力特征
【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】：TV139.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-11
• 1.1 研究背景、意义及目的8
• 1.2 国内外研究现状8-10
• 1.3 本文的主要工作10-11
• 2 数值水槽验证11-21
• 2.1 数值水槽构建11-14
• 2.1.1 流体体积法(VOF方法)11
• 2.1.2 UDF概述11
• 2.1.3 数值阻尼消波11-12
• 2.1.4 数值造波方法12-14
• 2.2 采用推板式造波模拟线性规则波14-16
• 2.2.1 计算模型和网格划分14
• 2.2.2 计算参数及边界条件设置14-15
• 2.2.3 Fluent中检测波浪数据的方法15
• 2.2.4 推板造波数值计算结果15-16
• 2.3 采用源造波法模拟线性规则波16-17
• 2.4 网格尺度对模拟效果影响探究17-20
• 2.5 本章小结20-21
• 3 聚焦波浪的数值模拟21-33
• 3.1 聚焦波浪的造波方法21-23
• 3.1.1 聚焦波浪的数值模拟——模拟频谱21-22
• 3.1.2 聚焦波浪的数值模拟——模拟波列22-23
• 3.2 数值水池模型构建23
• 3.3 网格划分23-24
• 3.4 计算参数与边界条件设置24
• 3.5 聚焦波空间波面与水质点速度的数值模拟结果24-31
• 3.5.1 聚焦波空间波面数值模拟结果——模拟频谱24-26
• 3.5.2 聚焦波空间波面数值模拟结果——模拟波列26-27
• 3.5.3 聚焦波空间波面变化27-30
• 3.5.5 聚焦波水质点速度数值模拟结果30-31
• 3.6 本章小结31-33
• 4 聚焦波与圆柱作用的数值模拟33-40
• 4.1 数值水池模型构建33
• 4.2 网格划分33-34
• 4.3 计算参数与边界条件设置34
• 4.4 模拟结果34-39
• 4.4.1 聚焦波空间波面及圆柱周围涌高模拟34-36
• 4.4.2 圆柱周围压力模拟结果36-38
• 4.4.3 圆柱正向总力和聚焦点速度模拟结果38-39
• 4.5 本章小结39-40
• 5 聚焦波与不同尺度圆柱作用的模拟研究分析40-55
• 5.1 不同尺度圆柱模型放置后聚焦波波形的变化特点40-42
• 5.2 圆柱周围涌高分析42-45
• 5.3 圆柱周围压力分析45-51
• 5.4 圆柱正向总力分析51-53
• 5.5 本章小结53-55
• 结论55-57
• 参考文献57-59
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况59-60
• 致谢60-61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 罗洵;马玉祥;;聚焦波浪在潜堤上传播变形的数值模拟[J];工程力学;2013年04期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李宏伟;数值水池造波方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

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本文编号：718895