【摘要】：隨著海洋資源的不斷開(kāi)發(fā)及海洋科學(xué)研究的不斷深入，海洋內(nèi)波的復(fù)雜動(dòng)力問(wèn)題倍受關(guān)注。內(nèi)孤立波是一種高頻的海洋內(nèi)波，振幅大，周期短的非線(xiàn)性?xún)?nèi)波，其傳播是單方向的，且速度和波形在傳播過(guò)程中基本保持不變。內(nèi)孤立波所攜帶的巨大能量會(huì)導(dǎo)致異常強(qiáng)大的流速，這對(duì)水下潛體、石油鉆井平臺(tái)和海底管道等結(jié)構(gòu)物都會(huì)造成嚴(yán)重的威脅。由于目前內(nèi)孤立波對(duì)結(jié)構(gòu)物作用的文獻(xiàn)資料尚少，故研究這一問(wèn)題具有重要的意義。 本文利用CFD數(shù)值模擬方法研究海洋內(nèi)孤立波與水中潛體的相互作用問(wèn)題。首先較系統(tǒng)地回顧和總結(jié)國(guó)內(nèi)外研究?jī)?nèi)波工作，并簡(jiǎn)要介紹計(jì)算流體力學(xué)以及數(shù)值造波水槽的基礎(chǔ)理論與研究方法。其次基于KdV理論與Navier-Stokes控制方程，通過(guò)對(duì)CFD軟件功能模塊的二次開(kāi)發(fā)，采用VOF界面追蹤技術(shù)，利用設(shè)置邊界造波方法和數(shù)值耗散消波法，建立起兩層流中三維內(nèi)孤立波數(shù)值水槽，可以有效模擬上凸型和下凹型內(nèi)孤立波的傳播與演變。然后進(jìn)一步有效地模擬分析內(nèi)孤立波與潛體的相互作用問(wèn)題。 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)及主要成果如下： （1）利用設(shè)置邊界數(shù)值造波方法，成功建立了兩層流中三維內(nèi)孤立波數(shù)值水槽，分析了上凸型和下凹型內(nèi)孤波的傳播與演變中流場(chǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分布特性。 （2）成功模擬了三維上凸型和下凹型內(nèi)孤立波對(duì)固定潛體的作用，，分析潛體在不同深度時(shí)所受載荷的變化及流場(chǎng)分布變化規(guī)律，對(duì)比分析上凸型和下凹型內(nèi)孤立波對(duì)潛體的波浪力作用的差異，且發(fā)現(xiàn)潛體處于內(nèi)孤立波波谷或波峰間時(shí)波浪力作用最為嚴(yán)重。 （3）通過(guò)對(duì)比三維模型與二維模型的數(shù)值模擬結(jié)果表明，兩者存在明顯的差異；三維模型可以更真實(shí)地模擬內(nèi)孤立波對(duì)潛體產(chǎn)生重要的載荷，而二維模型存在較大的簡(jiǎn)化限制和合理性不足等問(wèn)題。 研究表明，利用CFD數(shù)值方法模擬分層流中三維內(nèi)孤立波與潛體的相互作用問(wèn)題，取得了較好的研究結(jié)果，對(duì)人類(lèi)在陸架邊緣海域的資源開(kāi)發(fā)和軍事活動(dòng)具有十分重要的工程實(shí)際意義。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：P731.22

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2592871