發(fā)布時間：2021-10-18 16:06

　　在近海存在著潮流、風成流等各種形式的水流,波流相互作用在河口、海灣等領域非常普遍。水流的存在導致波浪在傳播過程中發(fā)生變形,同時其波浪參數(shù)和速度場等也會發(fā)生改變,因此波流相互作用的研究對于模擬實際的海況和設計海洋建筑物至關重要。本文對周期波與均勻流、周期波與線性剪切流、孤立波與線性剪切流的相互作用進行了時域模擬。使用層析水波理論對波形、波峰下沿水深方向的水平速度分布進行計算。采用有限差分法對層析波浪模型進行求解,應用五點中心差分法進行空間離散,時間步進采用具有四階精度的Adams預測-校正法。使用Morison方程對小尺度直立柱體進行波流載荷的計算。通過與其他波浪理論結果進行對比,發(fā)現(xiàn)對于周期性規(guī)則波與均勻流/線性剪切流,孤立波與線性剪切流,各種強弱非線性波與強弱流相互作用的波流場中的波形、速度場、小尺度直立柱體的波流載荷,層析水波理論均能進行準確的求解。同時對于渦量的計算,波浪與渦量為零的均勻流相互作用時,渦量不變,仍為零。波浪與渦量為常數(shù)的線性剪切流相互作用時,渦量不變,仍為常數(shù)。波浪與渦量為線性變化的非線性剪切流相互作用時,渦量改變,為非線性變化。 

【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：128 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圓柱構件在波浪中的示意圖

第3章周期波和均勻流的相互作用17第3章周期波和均勻流的相互作用在本章中，將對非線性周期波與均勻流的相互作用進行模擬，見圖3.1。設計水池水深d=10m，規(guī)則波周期為T=12s，波高H=0.5m、1.5m和3m，純波波長約為λ=114m，時間步長取為0.03s，空間步長取為1.14m。首先對層析水波模型進行收斂性分析，應用收斂的層析水波理論的解與線性波浪理論、二階波浪理論以及流函數(shù)波浪理論的解進行對比分析，對比內(nèi)容為：在均勻流流速Uc=1、0.5、0.1、-0.1、-0.5以及-1倍U時的波形，速度場以及小尺度直立柱體所受波浪載荷。U為純波波峰處的水質(zhì)點速度。相應參數(shù)見表3.1。圖3.1非線性周期波與均勻流的相互作用示意圖表3.1算例參數(shù)算例周期T(s)水深d(m)波高水深比H/d純波波峰處波速U(m/s)自由面處流速Uc/U112100.050.3020.130.5415-0.16-0.57-1812100.151090.1100.5

21 -1 3.1 邊界條件 Zhao 等[44]應用層析水波理論計算波浪傳播變形問題，通過該文章中描述的方法，很容易求得無流的周期性規(guī)則波的波高 和速度系數(shù)0u 、1u 、nu (n=1…K-1)，其中右上角的撇僅代表無流情況。純均勻流可以表示為 u(z)=Uc。 本章模擬周期性規(guī)則波在均勻流中的傳播。在造波邊界上使用線性疊加法，將均勻流 Uc直接疊加在通過層析水波理論得到的速度系數(shù)0u 上。本文所使用的邊界條件如圖3.2 所示，可以看到計算域被分成三份，左側(cè)的造波過渡區(qū)滿足


本文編號：3443087