【摘要】：近年來,高性能計算機資源和CFD技術(shù)在船舶與海洋工程領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用,極大地推動和完善了數(shù)值波浪水池的發(fā)展。一方面,作為輔助手段,數(shù)值波浪水池豐富多樣的功能與傳統(tǒng)的物理水池實驗技術(shù)優(yōu)劣互補相得益彰,全面涵蓋了水動力性能分析與預(yù)報學(xué)科;另一方面,作為研究熱點,波浪水池充分發(fā)揮了數(shù)值模擬計算的優(yōu)勢,在重現(xiàn)支撐經(jīng)典理論抑或驗證評估實驗結(jié)果的同時,對于物理模型試驗中難以完成甚至無法實現(xiàn)的問題也可以進(jìn)行研究,因此一舉成為船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計分析乃至性能優(yōu)化的必不可少的工具。本文的主要研究內(nèi)容旨在自主開發(fā)建立三維數(shù)值波浪水池,實現(xiàn)并驗證該粘性水池造波及消波的基本功能。本文基于速度邊界輸入造波技術(shù),結(jié)合SST k-ω湍流模型,利用有限差分法對URANS方程進(jìn)行離散,同時采用Level-set方法追蹤自由液面,完成了對不同類型的線性規(guī)則波、幾種浪級下的不規(guī)則波的模擬。為了避免來自有限邊界處反射波的干擾,在靠近水池出口附近采取網(wǎng)格衰減以及在動量方程中添加阻尼項進(jìn)行消波處理,并討論了兩種方法的優(yōu)劣性。通過數(shù)值結(jié)果與目標(biāo)波浪的對比分析表明,阻尼消波吸收波能的效果更為顯著;與此同時,該三維數(shù)值粘性水池能夠迅速并持續(xù)產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的波浪,具有較好的造波和消波能力,可為模擬預(yù)報不同海況下船舶的運動響應(yīng)提供較為真實的波浪環(huán)境。
【圖文】：

２．２．３對自由表面問題的處理逡逑自由液面隨時間的變化，采用１＾￥６１８６１方法（0８１１６］：，１９８0３）進(jìn)行求解，水平集算逡逑法（Ｌｅｖｅｌ邋ＳｅｔＭｅｔｈｏｄ）是一種隱式的表示曲線的方法，圖２－１說明了水平集方法的幾個逡逑重要思想：將二維曲線轉(zhuǎn)化為下面一行中三維曲面的零水平集，三維曲面對應(yīng)的是水逡逑平集函數(shù)，僅需不斷移動水平集函數(shù)，便可獲取持續(xù)變化的形狀輪廓，從而模擬得到逡逑曲線或曲面的變形［６１］。圖中，左上角所示的形狀為一個有界區(qū)域，下方圖形中的紅逡逑色表面代表確定該形狀的水平集函數(shù)，平坦的藍(lán)色區(qū)域表示ＸＹ平面［６２］。逡逑Ｍ邋Ｍ邋＂逡逑，gg逡逑圖２－１水平集方法示例［６２］逡逑１６逡逑

３．１網(wǎng)格劃分以及邊界條件逡逑首先建立了長８．５邋Ａ，寬１．３邋Ａ，高１．１邋Ａ，水深為１２的三維數(shù)值水池，其中；Ｉ逡逑為波長。水池前端為造波區(qū)，后端靠近池壁出口處為消波區(qū)（如圖３－１所示），消波逡逑強度取為２，用于消除反射回池中的干擾波。圖３＿２初步展示了數(shù)值水池中縱截面逡逑（ｙ＝0）的網(wǎng)格劃分情況：經(jīng)測試可知在寬度方向，由于該方向網(wǎng)格的分布對波浪精逡逑度影響較小，，故一般采取均勻分布的形式；長度方向，水池前端造波區(qū)懫用均勻網(wǎng)格逡逑布置，靠近水池末端消波區(qū)內(nèi)網(wǎng)格逐漸稀疏；高度方向，為了保證準(zhǔn)確有效地捕獲水逡逑波表面形態(tài)的變化，在自由液面附近加密節(jié)點分布，并以其波動范圍為中心向水池上逡逑下兩端稀疏過渡，減少計算消耗。逡逑１１邐0邐邐邐邐邋邐邐邐邐邐Ｉ邐——邋邋邋逡逑邐逡逑—－邋■N逡逑圖３
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TV139.25

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2601630