本文關(guān)鍵詞：海洋結(jié)構(gòu)物運動與載荷的SI-IB-VOF理論研究

  更多相關(guān)文章： SI-IB-VOF二相流模型 海洋結(jié)構(gòu)物 水動力分析 圓柱出水入水 附加質(zhì)量和附加阻尼

【摘要】：研究流體與海洋結(jié)構(gòu)物在自由液面處相互作用問題，并且對海洋結(jié)構(gòu)物進(jìn)行水動力分析，是船舶與海洋工程領(lǐng)域中研究的熱點和難點。用計算流體力學(xué)處理帶有復(fù)雜自由表面的流體運動以及復(fù)雜邊界剛體與流體的相互作用是其中的關(guān)鍵問題之一。本文以粘性流理論為基礎(chǔ)，結(jié)合應(yīng)用邊界“銳化”的浸入邊界法（IBM，Immersed boundary method）和流體體積法（VOF，Volume of fluid），開發(fā)大型不可壓縮Navier-Stokes方程有限差分二相流求解器，，從而對海洋結(jié)構(gòu)物在非線性自由液面處產(chǎn)生的運動和載荷問題進(jìn)行理論研究和數(shù)值計算。 在本文所開發(fā)的求解器中，使用雙線性內(nèi)插值方法，將浸入邊界進(jìn)行“銳化”，并用相應(yīng)“銳化”了的浸入邊界法處理流體和固體相互作用問題。對于自由表面邊界問題的處理，本文采用PLIC-VOF（PLIC，Piecewise Line Interface Calculation）方法，在流場中引入了體積碎片函數(shù)F，并通過對其控制方程的求解，以達(dá)到精確追蹤流場中自由表面的目的。本文所開發(fā)的求解器在離散計算區(qū)域時是基于統(tǒng)一的交錯笛卡爾網(wǎng)格，適合處理具有復(fù)雜幾何邊界的、運動非定常的流體和結(jié)構(gòu)相互作用以及自由液面大變形問題。此外，在計算浸入邊界表面力時，本文基于壓力場和浸入邊界的邊界條件，構(gòu)造一種新的浸入邊界力后處理格式，其結(jié)果經(jīng)驗證具備一定的準(zhǔn)確性和魯棒性。 基于上述“銳化”的IB-VOF二相流模型，本文對一些典型的海洋結(jié)構(gòu)物強(qiáng)迫運動問題進(jìn)行數(shù)值模擬，包括圓柱出水入水問題、圓柱水動力分析問題、船舶剖面水動力分析問題等。通過數(shù)值模擬經(jīng)典的圓柱出水入水算例，應(yīng)用所提出的浸入邊界力后處理方法求取圓柱受力特性，本文有效地驗證了所改善的SI-IB-VOF二相流模型的可靠性以及優(yōu)越性。然后，本文對典型算例--圓柱強(qiáng)迫垂蕩運動水動力分析問題進(jìn)行數(shù)值模擬，將其結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，用于進(jìn)一步驗證求解器的準(zhǔn)確性。最后，本文對實際船舶剖面強(qiáng)迫垂蕩運動水動力分析問題進(jìn)行模擬，求取其垂蕩附加質(zhì)量和附加阻尼系數(shù)。在水動力分析問題中，本文先求取各個垂蕩頻率下，海洋結(jié)構(gòu)物所受到的水動力，利用最小二乘法對獲取的水動力數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，求取各相應(yīng)的附加質(zhì)量和附加阻尼。模擬結(jié)果與前人的試驗和數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了比較，其吻合程度很好，從而驗證本文所開發(fā)求解器的有效性和可靠性。
【關(guān)鍵詞】：SI-IB-VOF二相流模型 海洋結(jié)構(gòu)物 水動力分析 圓柱出水入水 附加質(zhì)量和附加阻尼
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U661
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 本課題研究背景和目的10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 勢流理論和粘性流理論數(shù)值模擬的研究現(xiàn)狀：11-13
• 1.2.2 IB-VOF 理論關(guān)于結(jié)構(gòu)運動與載荷預(yù)報的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：13-15
• 1.2.3 浸入邊界表面力計算方法國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：15-16
• 1.3 課題研究的主要工作及思路16-18
• 1.4 本章小結(jié)18-20
• 第二章 基于 VOF 和雙線性內(nèi)插值浸入邊界法的粘性二相流數(shù)值模型20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 不可壓縮粘性氣液二相流的控制方程20-21
• 2.3 數(shù)值求解算法21-22
• 2.4 自由表面處理技術(shù)的 VOF 法22-23
• 2.5 雙線性內(nèi)插值浸入邊界法23-26
• 2.6 浸入邊界表面力的計算26-29
• 2.7 海洋結(jié)構(gòu)物強(qiáng)迫垂蕩運動水動力分析方法29-31
• 2.8 本章小結(jié)31-32
• 第三章 基于 SI-IB-VOF 法的粘性二相流模型對圓柱出水入水的數(shù)值模擬32-48
• 3.1 引言32-33
• 3.2 計算模型及參數(shù)的選取33
• 3.3 基于 SI-IB-VOF 法的粘性二相流模型對圓柱出水的數(shù)值模擬33-38
• 3.3.1 圓柱出水模擬結(jié)果34-37
• 3.3.2 黏性流動分離和瑞利-泰勒不穩(wěn)定現(xiàn)象37-38
• 3.3.3 自由液面位置定量比較38
• 3.4 基于 SI-IB-VOF 法的粘性二相流模型對圓柱入水的數(shù)值模擬38-46
• 3.4.1 圓柱入水模擬結(jié)果39-43
• 3.4.2 數(shù)值離散格式與力源項構(gòu)造格式對于圓柱入水射流的影響43-44
• 3.4.3 圓柱入水抨擊受力分析44-46
• 3.5 本章小結(jié)46-48
• 第四章 基于 SI-IB-VOF 法的粘性二相流模型對圓柱強(qiáng)迫垂蕩運動的水動力分析48-60
• 4.1 引言48-49
• 4.2 計算模型及參數(shù)的選取49-50
• 4.3 模擬計算結(jié)果及其分析50-58
• 4.3.1 圓柱垂向水動力時間歷程的獲取50
• 4.3.2 相同頻率不同振幅對于垂向水動力的影響50-53
• 4.3.3 圓柱垂蕩運動附加質(zhì)量系數(shù)和附加阻尼系數(shù)53-55
• 4.3.4 流場分析55-57
• 4.3.5 小結(jié)57-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 第五章 基于 SI-IB-VOF 法的粘性二相流模型對船舶剖面強(qiáng)迫垂蕩運動的水動力分析60-70
• 5.1 引言60-62
• 5.2 計算模型及參數(shù)的選取62
• 5.3 模擬計算結(jié)果及其分析62-65
• 5.4 關(guān)于浸入邊界表面力四點插值后處理格式優(yōu)缺點的討論65-66
• 5.5 流場分析66-67
• 5.6 小結(jié)67-68
• 5.7 本章小結(jié)68-70
• 結(jié)論與展望70-74
• 課題的小結(jié)與評價70-72
• 課題的展望與設(shè)想72-74
• 參考文獻(xiàn)74-81
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的與學(xué)位論文相關(guān)的學(xué)術(shù)論文81-82
• 致謝82-83
• 附件83

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 張懷新,劉應(yīng)中,繆國平;船體各種剖面的橫搖阻尼與旋渦的形狀[J];水動力學(xué)研究與進(jìn)展(A輯);2001年03期

2 羅敏莉;毛筱菲;王曉俠;;強(qiáng)迫運動柱體附加質(zhì)量與阻尼系數(shù)的CFD計算[J];水動力學(xué)研究與進(jìn)展A輯;2011年04期

3 郭海強(qiáng);朱仁傳;繆國平;余建偉;;數(shù)值波浪水池中船舶水動力系數(shù)測試與分析技術(shù)[J];中國造船;2008年S1期

本文編號：679408