發(fā)布時間：2020-05-11 14:39

【摘要】：目前隨著人類社會的高速發(fā)展,海洋資源已經(jīng)逐漸成為世界各大國爭奪的焦點�；尾ㄊ巧詈Ｖ械囊环N強非線性波浪,對船舶與海洋工程裝備具有較大破壞性。深海中海底地形對波面沒有影響,形成畸形波的一個主要原因是相位聚焦。因此本文重點開展聚焦波波形和速度場的數(shù)值研究。本文在國際上第一次使用強非線性層析波浪理論中的有限水深I(lǐng)GN模型和基于全非線性勢流方法的HPC方法模擬聚焦波,并得到聚焦波波形和速度場。層析水波理論將準確滿足瞬時自由面條件,沒有引入任何小參數(shù)假設(shè),適用于強非線性水波模擬。IGN方程采用有限差分法離散,時間步進采用具有四階精度的Adams預(yù)測-校正法,造波邊界使用相位聚焦法在指定位置、指定時間產(chǎn)生聚焦波浪,然而由于非線性影響,實際聚焦位置和時刻與線性理論值有一定偏差。分別采用IGN模型和HPC方法進行聚焦波波形和速度場的研究,首先進行了詳盡的自收斂性分析,包括網(wǎng)格尺度、時間步長、全局光滑強度、IGN收斂級別、左端濾波點個數(shù)、右端消波點個數(shù)、造波端光滑系數(shù),并給出了非常有參考價值的計算策略,確保給出數(shù)值模型的準確計算結(jié)果。模擬寬譜和窄譜下各三種不同非線性的聚焦波,結(jié)果與實驗值吻合度較理想,通過與全非線性HPC方法的結(jié)果對比,驗證了 IGN模型的計算精度。研究并分析了不同輸入波幅、頻寬對聚焦波波形、空間上波形的變化、聚焦位置和時間、最大波峰的影響。最后研究聚焦波速度場并分析了不同輸入波幅、頻寬、輸入水深對聚焦波波峰下速度場的影響。
【圖文】：

４．１聚焦波實驗工況介紹逡逑Ｂａｌｄｏｃｋ等人于１９９６年在倫敦帝國學院工程水力學實驗室運用相位聚焦模型制逡逑造出聚焦波。水槽尺度：長２０ｍ，寬０．３ｍ，水深０．７ｍ，池深１．０ｍ，實驗布置如圖４．１逡逑所示。水池實驗共采取四種實驗工況，本文僅針對其中兩種工況進行數(shù)值驗證，如表４．１逡逑所示。寬譜對應(yīng)工況Ｂ，窄譜對應(yīng)工況Ｄ。每種工況下水深固定為０．７０ｍ。逡逑邐邐表４．１計算工況邐邐逡逑工況邐周期范圍：Ｔ邋（ｓ）邐頻率寬度／邋（Ｈｚ）邐輸入波幅Ｊ邋（ｍｍ）逡逑Ｂ邐０．６＜ｒ＜１．４邐0．７１＜／＜１．６６邐２２；邋３８；邋５５邐逡逑Ｄ邐０．８＜ｒ＜１．２邐０．８３＜／＜１．２５邐２２；邋３８：邋５５邐逡逑令每個單色波的波幅相等且按下式確定：逡逑屮＝￥邐（４－１）逡逑其中；ｖＶ為單色波個數(shù)，Ｊ為輸入波幅；逡逑聚焦參數(shù)和波浪成份參數(shù)均比照實驗設(shè)置，分別為：聚焦時間ｔｆ＝２０．０ｓ；聚焦位置逡逑々Ｕｒｎ；周期：Ｔｉ按表４．１等間距取值，并獲得周期對應(yīng)的頻率Ａ每個單色波的波數(shù)心可逡逑以根據(jù)色散關(guān)系確定。對于工況Ｂ、Ｄ，，預(yù)設(shè)的輸入波幅Ｘ分別為２２ｍｍ，邋３８ｍｎｉ和５５ｍｍ。逡逑聚焦位置設(shè)在ｘｆ＝８．００ｍ，聚焦時間設(shè)在＆＝２0５，聚焦時間的選取條件必須滿足逡逑

Ａ邋／Ａ＼邋／Ａ邋Ａ＼．邋Ａ逡逑圖４．１實驗水槽＿逡逑４．２數(shù)值模擬收斂性分析逡逑進行數(shù)值模擬收斂性分析是數(shù)值模擬可信度的重要參考依據(jù)。本論文對寬窄譜工況逡逑均進行了詳盡的收斂性分析，但考慮文章篇幅及分析內(nèi)容的相似性，僅選取大波幅逡逑Ｂ５５，Ｄ５５工況下的結(jié)果進行分析并展示在論文中，對于小波幅Ｂ２２，邋Ｄ２２和中等波幅Ｂ３８，逡逑Ｄ３８工況只展示分析結(jié)果。逡逑深水ＩＧＮ模型對空間網(wǎng)格尺度和時間步長選擇給出的推薦計算如下：逡逑ｄｘ邋＝邋＾，ｄｔ＜＾－邐（４－２）逡逑ｉＶ邐＾ｃｍａｘ逡逑空間網(wǎng)格尺度計算中，Ｎ＝３０，波長選取聚焦單色波成份中的最短波長，時間步長計逡逑算中，還需要用有限水深線性色散關(guān)系計算得到最長波長對應(yīng)的相速度。逡逑ＩＧＮ模型的精度和階數(shù)有關(guān)，更高的階數(shù)能更加準確的模擬聚焦波的波形和速度場，逡逑但更高的階數(shù)會X椉蛹撲閌奔�，所疫h裕桑牽渭侗鸞惺樟殘苑治鍪潛匾摹ｅ義下瞬ń詰閌�、消波皆戦`⒐饣凳跋觳ɡ四芊裎榷ǖ拇�。过多的滤波皆戙会辶x系賈陸峁д媯還俚南ń詰慊岬賈孿ㄐЧ煥硐耄還饣凳苯佑跋旃饣男Ч

本文編號：2658606