实验水槽造波系统开发及数值模拟

发布时间：2017-10-05 15:04

  本文关键词：实验水槽造波系统开发及数值模拟

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【摘要】：波浪是海洋中最常见的物理现象之一,也是海岸工程结构物、船舶与海洋工程结构物等承受的主要动力荷载之一。研究波浪及波浪与结构物的作用规律对于工程实际的意义是不言而喻的。造波是研究海浪及其与结构物作用的重要方法。本文针对山东交通学院港口工程实验室长50米,宽1.2米,高1.2米推板式波浪水槽为开发对象,利用波浪模拟理论开发出了波浪水槽造波控制系统,能够进行规则波:微幅波、椭圆余弦波、孤立波和不规则波:规范谱、JONSWAP谱、B M谱、P M谱的模拟。利用造波水槽进行了天津港南港工业区西港池东岸防潮体系断面物理模型试验,获得了具有工程实际意义的试验结果。本文利用基于开源CFD软件OpenFOAM的ihFOAM求解器,对波浪水槽造波过程进行了数值模拟。研究了数值模拟的不同网格划分方式对计算准确性与计算效率的影响;对天津港南港工业区西港池东岸防潮体系断面物理模型试验进行了数值模拟,将数值模拟的结果与物理造波试验进行了对比分析研究,证明数值模拟可以获得与物理试验一致的结果。
【关键词】：波浪理论 水槽实验 ihFOAM 数值模拟
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV139.2
【目录】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 研究背景与意义8-9
• 1.2 发展与研究现状9-11
• 1.2.1 造波技术的发展与现状9-10
• 1.2.2 数值模拟的发展与现状10-11
• 1.3 本文的主要工作11-12
• 第二章 波浪模拟理论12-28
• 2.1 波浪理论12-24
• 2.1.1 规则波理论12-19
• 2.1.2 不规则波理论19-24
• 2.2 波浪模拟理论24-28
• 2.2.1 传递系数25-26
• 2.2.2 规则波模拟理论26
• 2.2.3 不规则波模拟理论26-28
• 第三章 造波数值模拟相关理论28-40
• 3.1 波浪运动控制方程28-29
• 3.2 两相流与流体体积法29-30
• 3.3 OpenFOAM与IHFOAM30-33
• 3.4 造波数值模拟的实现33-40
• 3.4.1 算例结构33-34
• 3.4.2 网格生成34-37
• 3.4.3 边界条件37-38
• 3.4.4 算法控制38-39
• 3.4.5 并行计算39-40
• 第四章 造波系统开发及物理实验40-67
• 4.1 造波机计算模块开发40-44
• 4.2 造波试验44-58
• 4.2.1 规则波试验44-52
• 4.2.2 不规则波试验52-58
• 4.2.3 造波试验中的问题58
• 4.3 物理模型试验58-67
• 4.3.1 实验条件59-61
• 4.3.2 造波率定61-63
• 4.3.3 实验结果与现象63-67
• 第五章 造波数值模拟67-78
• 5.1 数值模拟计算的网格划分67-71
• 5.1.1 网格划分对计算准确性的影响68-70
• 5.1.2 网格划分对计算效率的影响70-71
• 5.2 数值模拟计算的应用实例71-78
• 5.2.1 数值模拟造波的率定72-75
• 5.2.2 数值模拟计算的结果75-78
• 第六章 总结与展望78-80
• 6.1 总结78
• 6.2 问题与展望78-80
• 参考文献80-83
• 发表论文和参与科研情况说明83-84
• 致谢84-85

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