基于OpenFOAM的主动吸收式数值波浪水槽研究

发布时间：2017-10-08 18:41

  本文关键词：基于OpenFOAM的主动吸收式数值波浪水槽研究

  更多相关文章： 二次反射波 主动吸收造波 OpenFOAM 数值模拟 慢漂

【摘要】：波浪是海洋环境中最重要的动力因素之一,数值波浪水槽被广泛应用于波浪、波浪与结构物相互作用等问题的研究。然而,数值水槽是一个有限尺度的封闭水域,反射波在造波板处会发生二次反射,而二次反射波在真实海洋环境中是不存在的,进行长时间模拟试验时会严重干扰波浪场,降低模拟的准确性和稳定性。主动吸收式造波机集造波和消波功能于一身,可以有效地消除造波板处的二次反射波,因此发展主动吸收式数值波浪水槽有重要的实际意义。本文基于主动吸收推板造波原理,在开源程序平台OpenFOAM上建立了主动吸收推板造波数值波浪水槽模型。主要研究内容和结论如下:(1)数值水槽中的波浪场通过OpenFOAM中的两相流动网格求解器进行求解,通过自定义的造波边界条件实现数值推板造波和主动消波。建立的主动吸收推板造波数值模型采用推板上的波面位置作为反馈信号,根据线性波浪理论构建推板主动吸收位移时域控制方程,实现主动吸收造波。(2)模型可以实现普通推板造波和主动吸收推板造波两种造波方式,并进行了规则波和不规则波数值造波试验。结果表明,模型可以准确模拟实验室普通推板造波和主动吸收造波,主动吸收效果较好。(3)对主动吸收造波模型中推板慢漂问题进行了分析讨论,提出了线性补偿法和PID控制两种修正方法。数值试验结果证明,两种方法均能有效地解决推板慢漂问题,使数值模型可以进行长时间模拟。(4)对不同高度潜堤条件下,规则波和不规则的波浪场进行了数值模拟,数值试验结果表明,主动吸收造波方法对不同反射系数具有良好的适应性,均具有较好的主动吸收效果。
【关键词】：二次反射波 主动吸收造波 OpenFOAM 数值模拟 慢漂
【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】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究进展10-21
• 1.2.1 数值波浪模型的研究进展10-13
• 1.2.2 数值造波技术的研究进展13-15
• 1.2.3 数值消波技术的研究进展15-16
• 1.2.4 主动吸收造波技术的研究进展16-20
• 1.2.5 OpenFOAM与数值波浪水槽模型研究进展20-21
• 1.3 课题主要研究工作21-23
• 第二章 推板造波理论23-36
• 2.1 普通推板造波理论23-27
• 2.1.1 规则波普通推板造波理论23-24
• 2.1.2 不规则波普通推板造波理论24-27
• 2.2 主动吸收式推板造波理论27-31
• 2.2.1 规则波主动吸收推板造波理论27-29
• 2.2.2 不规则波主动吸收式推板造波理论29-30
• 2.2.3 不规则波代表频率加权平均法30-31
• 2.3 入反射分析31-34
• 2.4 主动吸收率34-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 主动吸收式推板造波数值波浪水槽模型建立36-52
• 3.1 OpenFOAM两相流模型36-44
• 3.1.1 控制方程36-37
• 3.1.2 VOF方法追踪自由表面37-38
• 3.1.3 数值离散38-40
• 3.1.4 数值求解40-42
• 3.1.5 边界条件和初始条件42-43
• 3.1.6 时间和空间步长43-44
• 3.2 主动吸收推板造波控制流程44-47
• 3.2.1 规则波主动吸收推板造波控制流程44-46
• 3.2.2 不规则波主动吸收推板造波控制流程46-47
• 3.3 主动吸收式推板造波程序实现47-49
• 3.4 衰减驻波影响因子R49-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第四章 主动吸收式推板造波数值波浪水槽模型验证与讨论52-81
• 4.1 数值试验条件52-53
• 4.2 普通推板造波方法的验证53-59
• 4.2.1 规则波验证53-56
• 4.2.2 不规则波验证56-59
• 4.3 主动吸收式推板造波方法的验证59-66
• 4.3.1 规则波验证59-62
• 4.3.2 不规则波验证62-66
• 4.4 主动吸收式推板造波方法的讨论66-80
• 4.4.1 主动吸收式造波的推板慢漂现象66-67
• 4.4.2 线性补偿修正67-75
• 4.4.3 PID控制修正75-80
• 4.5 本章小结80-81
• 第五章 主动吸收式推板造波数值波浪水槽模型应用81-91
• 5.1 算例设置81
• 5.2 规则波作用81-87
• 5.3 不规则波作用87-90
• 5.4 本章小结90-91
• 第六章 结论与展望91-93
• 6.1 结论91-92
• 6.2 展望92-93
• 参考文献93-101
• 发表论文和参加科研情况说明101-102
• 致谢102-103

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本文编号：995685