水动力作用下多腔室开孔沉箱反射率及稳定性数值研究
发布时间：2021-04-11 00:02
海上风电和核电近些年来成为电力发展的新方向,我国有广阔的领海面积,绵长的海岸沿线,这对海上风电和核电的发展非常有利。开发海上风电和核电资源是解决我国东南沿海电力负荷中心电力能源供应不足问题一种重要途径,而海上风电和核电的开发输送离不开临海和跨海的输电设施,来自海洋的波浪的冲击对输电设施的安全可靠有重要的影响,如何减少这一不利影响就变的非常重要,为了确保近海和跨海输电设施在海浪作用下安全可靠,就必须使用必要的防波结构物,开孔沉箱是一种应用在近海工程的新型防护结构物,它显著作用表现在可以减少墙前反射波、冲击波压力和越浪引起的传递波等,多腔室开孔沉箱是单腔室开孔沉箱的拓展,它在减少反射波、冲击波压力和越浪引起的传递波等方面有更好的效果,多腔室开孔沉箱可应运到海上风电、核电和跨海输电等需要具备防浪功能的电力设施中。本文数值研究多腔室开孔沉箱的水动力性能,可丰富多腔室开孔沉箱水动力性能的理论研究以,也可为多腔室开孔沉箱的设计和施工提供参考。本文运用有限元法研究波浪与单腔室开孔沉箱以及两腔室开孔沉箱之间相互作用的问题,采用VOF模型追踪流水表面,建立数值波浪水槽。在所建数值波浪水槽中首先进行了实体...
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１流体流动状态??Ｆｉｇ．?２－１?Ｔｈｅ?ｓｔａｔｅ?ｏｆ?ｆｌｕｉｄ?ｆｌｏｗｉｎｇ??
数值波浪水槽。第一节给出了数值波浪水槽的数学模型和边界条件，然后使用ＵＤＦ对数??值波浪水槽的入口和出口进行修正，通过算例对数值波浪水槽的造波和消波边界进行验证。??第二节在数值波浪水槽中进行实体沉箱验证，通过对实体沉箱波面和波压力理论解的验证??进一步检验数值波浪水槽造波的正确性及压力求解的正确性。??３．?１建立数值波浪水槽??３．１．１数学模型??本文的研究内容是波浪与结构物之间相互作用，研究的主要问题的经过抽象提炼，其??数学模型为二维的数值波浪水槽问题，数值波浪水槽模型如图３－１所示：??１??｜ｙ??推名?液交界｜ｈ｜．ＩＦ??板多：?占??液体ｓ？．?々??ｊｊ?Ｘ???液?Ｈ?交界?Ｉｆｉｉ＋ＩＲ???Ｔ??｜??Ｌｏ??ｉ??图３－１数值波浪水槽及其坐标系??Ｆｉｇ．?３－１?Ｔｈｅ?ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?ｗａｖｅ?ｆｌｕｍｅ?ａｎｄ?ｉｔｓ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??如图３－１所示数值波浪水槽，沿Ｘ正方向水槽的总长度为Ｌ〇，沿Ｙ正方向水槽的总高??度为Ｈ〇，在Ｘ＝０处即水槽的左端设立推板，推板平行于Ｙ轴沿Ｘ轴方向在Ｘ＝０附近做周??期往复运动，推动水槽中的水产生波浪，起到造波作用。水槽分为上下两部分，上部为空??气，该区域记为ＳＡ。下半部分为液体，该区域记为Ｓｗ，ＳＡ与ＳＷ的交界面为气液交界面，??记为ＩＦ。Ｓｗ与水槽底部的交界面为液固交界面，记为１Ｂ，水槽的最右端设为固体墙壁。??３．?１．?２边界条件??边界条件的设置对于数值模拟的成败起到关键性的作用，本文模拟二维数值波浪，处??－２３－??
?东北电力大学工学硕士学位论文???Ｙｉ??ｎ?｜?ｊ??推＿?！丨?中，＆?Ｌ??１?ｂ?丨丨?ａ??Ｙ，…?Ｉ?Ｉ?液体ｈ??ｉ．?ｓ?．?＾?；：?ｉ?ｉ?ｖ??？?！?１?Ｘ?■－???图３－２造波板运动位置??Ｆｉｇ?３－２?Ｔｈｅ?ｍｏｔｉｏｎ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｗａｖｅ?ｍａｋｉｎｇ?ｐｌａｔｅ??如图３－２所示，数值波浪水槽的入口边界设置为动边界，假想其为可移动的造波板，??它以Ｙ轴为中心做振幅为Ｓ的周期性往复运动，可以把它看成是一个安装在边界处的活塞??式造波机，通过这个造波机可产生水平向右的重力波。为简化问题，取造波板做谐波运动，??设其位移函数为知，则知可表示为式（３－３）如下：??［５＾?＝０?（，?＝?〇）??ｊ?１?（３３）??［Ｓｐ?＝?－Ｓ?ｃｏｓ（ｃｏｔ）?（ｔ?＞?０）?Ｊ?Ｊ??式中ｓ——造波板振幅；??（Ｏ?圆频率。??造波板初始平衡位置取在ｘ＝０处，对（３－３）式求导可得出造波板的运动速度Ｗ，表示??为式（３－４）如下：??１／?＝?０?（，＝?〇）??＜?ｒ／Ｓ?（３－４?）??ｕ?＝——＾?ｓｉｎ（狀）?（ｔ?＞?０）??ｌ?ｄｔ??考虑到推波板突然起动会造成波浪域受到突然的扰动，有可能会造成的初始计算数值??的不稳定性，可以在造波板启动的初始时刻加入一个修正函数凡该函数能使造波板的启??动过程变的平稳。修正函数表示为式（３－５）如下：??１（?Ｖ??－１－ｃｏｓ?—?（ｔ?＜?Ｔ０）??＾（０＝?２［?［ｔ〇?）＼?（３－５）??Ｊ?（叫）??－２６－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]开孔沉箱式结构内部波浪冲击压力试验研究[J]. 孙宏月,孙昭晨,梁书秀,杨健,程瑞旭. 海洋工程. 2019(01)
[2]沉箱开孔对平均越浪量的影响[J]. 李雪野,付超,陈际丰. 水运工程. 2018(07)
[3]内建斜板直立开孔式消能结构物的消波特性研究[J]. 欧阳荣桓,杨升耀,阮天野,杨辉斌,林炤圭,林蔚,林鹏,陈池威,李大鸿,陈德钢. 水运工程. 2018(02)
[4]小型推板式波浪水槽的性能测试分析[J]. 盘俊,吴静萍,姜曼松,郑晓伟,赵小仨. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2017(06)
[5]波浪作用下开孔沉箱动应力时域特性数值研究[J]. 唐晓成,姜峰,陈洪洲,郝冬雪,陈榕. 工程力学. 2017(09)
[6]不规则波与开孔沉箱相互作用数值模拟[J]. 唐蔚,孙大鹏,吴浩. 海洋工程. 2017(04)
[7]基于FLUENT的内孤立波质量源造波方法[J]. 姜海,郭海燕,张林,王伟. 海洋与湖沼. 2016(06)
[8]明基床上开孔沉箱不规则波水平力试验研究[J]. 冯延奇,孙大鹏,吴浩,行天强,夏志盛,董浩. 水道港口. 2016(04)
[9]斜坡式上部结构对开孔沉箱消浪效果影响研究[J]. 曹坤,拾兵,贾华垒,刘济乐. 中国水运(下半月). 2015(01)
[10]波浪与开孔沉箱相互作用的CLEAR-VOF数值模拟[J]. 邢飞,孙大鹏,夏志盛,吴浩. 水道港口. 2014(05)
博士论文
[1]基于SPH方法波浪与开孔沉箱式防波堤相互作用的数值研究[D]. 唐晓成.大连理工大学 2016
[2]直立堤前的破碎波流场特征及波浪力研究[D]. 孙英伟.大连理工大学 2012
[3]波浪与Jarlan型开孔墙式防波堤的相互作用[D]. 刘勇.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]开孔率对明基床上开孔沉箱波浪反射系数影响的数值研究[D]. 蔡郁.大连理工大学 2018
[2]波浪与明基床上开孔沉箱的相互作用研究[D]. 夏志盛.大连理工大学 2017
[3]波浪与开孔沉箱相互作用的SPH数值模拟[D]. 陈诚.大连理工大学 2016
[4]波浪与开孔沉箱相互作用的数值研究[D]. 邢飞.大连理工大学 2014
[5]明基床上开孔沉箱波浪力的试验研究[D]. 张玉彬.大连理工大学 2011
[6]明基床开孔沉箱垂直方向波浪力试验研究[D]. 路伟.大连理工大学 2010
[7]波浪与开孔沉箱防波堤作用的非线性数值模拟[D]. 吴浩.大连理工大学 2005
[8]波浪与开孔直墙式防波堤的相互作用[D]. 马宝联.大连理工大学 2004
本文编号：3130574
【文章来源】：东北电力大学吉林省
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１流体流动状态??Ｆｉｇ．?２－１?Ｔｈｅ?ｓｔａｔｅ?ｏｆ?ｆｌｕｉｄ?ｆｌｏｗｉｎｇ??
数值波浪水槽。第一节给出了数值波浪水槽的数学模型和边界条件，然后使用ＵＤＦ对数??值波浪水槽的入口和出口进行修正，通过算例对数值波浪水槽的造波和消波边界进行验证。??第二节在数值波浪水槽中进行实体沉箱验证，通过对实体沉箱波面和波压力理论解的验证??进一步检验数值波浪水槽造波的正确性及压力求解的正确性。??３．?１建立数值波浪水槽??３．１．１数学模型??本文的研究内容是波浪与结构物之间相互作用，研究的主要问题的经过抽象提炼，其??数学模型为二维的数值波浪水槽问题，数值波浪水槽模型如图３－１所示：??１??｜ｙ??推名?液交界｜ｈ｜．ＩＦ??板多：?占??液体ｓ？．?々??ｊｊ?Ｘ???液?Ｈ?交界?Ｉｆｉｉ＋ＩＲ???Ｔ??｜??Ｌｏ??ｉ??图３－１数值波浪水槽及其坐标系??Ｆｉｇ．?３－１?Ｔｈｅ?ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?ｗａｖｅ?ｆｌｕｍｅ?ａｎｄ?ｉｔｓ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??如图３－１所示数值波浪水槽，沿Ｘ正方向水槽的总长度为Ｌ〇，沿Ｙ正方向水槽的总高??度为Ｈ〇，在Ｘ＝０处即水槽的左端设立推板，推板平行于Ｙ轴沿Ｘ轴方向在Ｘ＝０附近做周??期往复运动，推动水槽中的水产生波浪，起到造波作用。水槽分为上下两部分，上部为空??气，该区域记为ＳＡ。下半部分为液体，该区域记为Ｓｗ，ＳＡ与ＳＷ的交界面为气液交界面，??记为ＩＦ。Ｓｗ与水槽底部的交界面为液固交界面，记为１Ｂ，水槽的最右端设为固体墙壁。??３．?１．?２边界条件??边界条件的设置对于数值模拟的成败起到关键性的作用，本文模拟二维数值波浪，处??－２３－??
?东北电力大学工学硕士学位论文???Ｙｉ??ｎ?｜?ｊ??推＿?！丨?中，＆?Ｌ??１?ｂ?丨丨?ａ??Ｙ，…?Ｉ?Ｉ?液体ｈ??ｉ．?ｓ?．?＾?；：?ｉ?ｉ?ｖ??？?！?１?Ｘ?■－???图３－２造波板运动位置??Ｆｉｇ?３－２?Ｔｈｅ?ｍｏｔｉｏｎ?ｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｏｆ?ｗａｖｅ?ｍａｋｉｎｇ?ｐｌａｔｅ??如图３－２所示，数值波浪水槽的入口边界设置为动边界，假想其为可移动的造波板，??它以Ｙ轴为中心做振幅为Ｓ的周期性往复运动，可以把它看成是一个安装在边界处的活塞??式造波机，通过这个造波机可产生水平向右的重力波。为简化问题，取造波板做谐波运动，??设其位移函数为知，则知可表示为式（３－３）如下：??［５＾?＝０?（，?＝?〇）??ｊ?１?（３３）??［Ｓｐ?＝?－Ｓ?ｃｏｓ（ｃｏｔ）?（ｔ?＞?０）?Ｊ?Ｊ??式中ｓ——造波板振幅；??（Ｏ?圆频率。??造波板初始平衡位置取在ｘ＝０处，对（３－３）式求导可得出造波板的运动速度Ｗ，表示??为式（３－４）如下：??１／?＝?０?（，＝?〇）??＜?ｒ／Ｓ?（３－４?）??ｕ?＝——＾?ｓｉｎ（狀）?（ｔ?＞?０）??ｌ?ｄｔ??考虑到推波板突然起动会造成波浪域受到突然的扰动，有可能会造成的初始计算数值??的不稳定性，可以在造波板启动的初始时刻加入一个修正函数凡该函数能使造波板的启??动过程变的平稳。修正函数表示为式（３－５）如下：??１（?Ｖ??－１－ｃｏｓ?—?（ｔ?＜?Ｔ０）??＾（０＝?２［?［ｔ〇?）＼?（３－５）??Ｊ?（叫）??－２６－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]开孔沉箱式结构内部波浪冲击压力试验研究[J]. 孙宏月,孙昭晨,梁书秀,杨健,程瑞旭. 海洋工程. 2019(01)
[2]沉箱开孔对平均越浪量的影响[J]. 李雪野,付超,陈际丰. 水运工程. 2018(07)
[3]内建斜板直立开孔式消能结构物的消波特性研究[J]. 欧阳荣桓,杨升耀,阮天野,杨辉斌,林炤圭,林蔚,林鹏,陈池威,李大鸿,陈德钢. 水运工程. 2018(02)
[4]小型推板式波浪水槽的性能测试分析[J]. 盘俊,吴静萍,姜曼松,郑晓伟,赵小仨. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2017(06)
[5]波浪作用下开孔沉箱动应力时域特性数值研究[J]. 唐晓成,姜峰,陈洪洲,郝冬雪,陈榕. 工程力学. 2017(09)
[6]不规则波与开孔沉箱相互作用数值模拟[J]. 唐蔚,孙大鹏,吴浩. 海洋工程. 2017(04)
[7]基于FLUENT的内孤立波质量源造波方法[J]. 姜海,郭海燕,张林,王伟. 海洋与湖沼. 2016(06)
[8]明基床上开孔沉箱不规则波水平力试验研究[J]. 冯延奇,孙大鹏,吴浩,行天强,夏志盛,董浩. 水道港口. 2016(04)
[9]斜坡式上部结构对开孔沉箱消浪效果影响研究[J]. 曹坤,拾兵,贾华垒,刘济乐. 中国水运(下半月). 2015(01)
[10]波浪与开孔沉箱相互作用的CLEAR-VOF数值模拟[J]. 邢飞,孙大鹏,夏志盛,吴浩. 水道港口. 2014(05)
博士论文
[1]基于SPH方法波浪与开孔沉箱式防波堤相互作用的数值研究[D]. 唐晓成.大连理工大学 2016
[2]直立堤前的破碎波流场特征及波浪力研究[D]. 孙英伟.大连理工大学 2012
[3]波浪与Jarlan型开孔墙式防波堤的相互作用[D]. 刘勇.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]开孔率对明基床上开孔沉箱波浪反射系数影响的数值研究[D]. 蔡郁.大连理工大学 2018
[2]波浪与明基床上开孔沉箱的相互作用研究[D]. 夏志盛.大连理工大学 2017
[3]波浪与开孔沉箱相互作用的SPH数值模拟[D]. 陈诚.大连理工大学 2016
[4]波浪与开孔沉箱相互作用的数值研究[D]. 邢飞.大连理工大学 2014
[5]明基床上开孔沉箱波浪力的试验研究[D]. 张玉彬.大连理工大学 2011
[6]明基床开孔沉箱垂直方向波浪力试验研究[D]. 路伟.大连理工大学 2010
[7]波浪与开孔沉箱防波堤作用的非线性数值模拟[D]. 吴浩.大连理工大学 2005
[8]波浪与开孔直墙式防波堤的相互作用[D]. 马宝联.大连理工大学 2004
本文编号：3130574
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