發(fā)布時(shí)間：2017-04-23 09:12

  本文關(guān)鍵詞：矩形方箱浮式防波堤水動(dòng)力特性數(shù)值模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：矩形方箱浮式防波堤對(duì)于不同波長(zhǎng)的波浪所表現(xiàn)出的消浪性差異很大,波浪波長(zhǎng)越大,消浪性越差。許多學(xué)者采用物理模型與邊界元數(shù)值模擬等方法對(duì)此進(jìn)行研究,雖已取得了一些成果,但主要集中在浮堤的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)與消浪性關(guān)系上,卻缺少針對(duì)流體的研究,比如研究其流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、動(dòng)水壓強(qiáng)與消浪關(guān)系。隨著計(jì)算機(jī)與CFD(計(jì)算流體力學(xué))技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)值波浪水池技術(shù)不斷成熟并被廣泛應(yīng)用,該方法為研究波浪與浮式結(jié)構(gòu)物相互作用問(wèn)題提供了新思路和新工具。相比于物理水槽,數(shù)值波浪水池更省時(shí)省力,并且避免了比尺效應(yīng),更為重要的是基于N-S方程的數(shù)值波浪水池可以模擬出波浪的變形、破碎等非線性問(wèn)題,這點(diǎn)對(duì)研究波浪與浮體相互作用的運(yùn)動(dòng)流固耦合問(wèn)題具有重要意義。本文首先建立基于邊界元的數(shù)值模型,模型經(jīng)驗(yàn)證后對(duì)不同相對(duì)寬度下(浮式防波堤寬度W與波長(zhǎng)L之比)方箱浮式防波堤進(jìn)行模擬,以初步分析相應(yīng)工況的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,為后面流固耦合模型提供支持。其次基于FLUENT軟件,采用RANS k-ε湍流模型及VOF方法進(jìn)行氣液兩相流計(jì)算,根據(jù)解析松弛造波法原理及阻尼消波原理,利用UDF功能編譯程序成為附加源項(xiàng),從而建立粘性數(shù)值波浪水池。計(jì)算結(jié)果表明:利用動(dòng)量源項(xiàng)造消波法所建立的粘性數(shù)值波浪水池不僅可以產(chǎn)生高品質(zhì)的波浪,也可以吸收透射波浪,更為重要的一點(diǎn)是可以成功消除結(jié)構(gòu)物的反射輻射波,為探討波浪與浮體作用問(wèn)題提供一個(gè)穩(wěn)定的波浪場(chǎng)。最后結(jié)合已建的粘性數(shù)值波浪水池、6DOF運(yùn)動(dòng)模型與全自由度分塊移動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)建立波浪與系泊方箱浮式防波堤的流固耦合模型,模擬在不同相對(duì)寬度下系泊方箱式浮防波堤的消浪特征與流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、動(dòng)水壓力等水動(dòng)力特性的關(guān)系,推導(dǎo)系泊系統(tǒng)的透浪計(jì)算公式。計(jì)算結(jié)果表明:所建立的流固耦合模型能夠反映浮體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì);方箱浮式防波堤受到的動(dòng)水壓力主要來(lái)自豎直方向;而隨著波長(zhǎng)的增加,浮堤角點(diǎn)附近所產(chǎn)生的漩渦運(yùn)動(dòng)變化越復(fù)雜,脫落越明顯,并且方箱浮式防波堤主要的消浪過(guò)程逐漸由波能反射與波間干涉轉(zhuǎn)變?yōu)槲蓜?dòng)消能與波浪做功;透浪系數(shù)與相對(duì)寬度呈乘冪關(guān)系,即浮堤寬度一定波長(zhǎng)較短時(shí),透浪系數(shù)較低,波長(zhǎng)較大時(shí),透浪系數(shù)較大且變化速率快;浮堤經(jīng)過(guò)倒角后的在長(zhǎng)波作用下消浪效率增高,透浪系數(shù)得到進(jìn)一步的降低。
【關(guān)鍵詞】：方箱浮式防波堤 消浪性 動(dòng)量源項(xiàng) 6DOF模型
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U656.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 浮式防波堤的概述11-15
• 1.3 浮式防波堤物理模型研究15-16
• 1.4 浮式防波堤數(shù)學(xué)模型研究16-20
• 1.4.1 勢(shì)流數(shù)值模擬16-17
• 1.4.2 粘性數(shù)值模擬17-20
• 1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容20-22
• 第二章 方箱浮式防波堤基于邊界元的初步分析22-37
• 2.1 基本理論22-27
• 2.1.1 基本假定22
• 2.1.2 流場(chǎng)線性速度勢(shì)與波浪力22-25
• 2.1.3 靜水恢復(fù)力25
• 2.1.4 系泊錨鏈25-26
• 2.1.5 規(guī)則波作用下運(yùn)動(dòng)響應(yīng)26-27
• 2.2 數(shù)值模型驗(yàn)證27-33
• 2.2.1 模型設(shè)計(jì)27-28
• 2.2.2 數(shù)值模型驗(yàn)證28-33
• 2.3 數(shù)值模型模擬結(jié)果33-36
• 2.3.1 運(yùn)動(dòng)響應(yīng)33-35
• 2.3.2 錨鏈力35-36
• 2.4 本章小結(jié)36-37
• 第三章 粘性數(shù)值波浪水池的理論基礎(chǔ)37-47
• 3.1 控制方程37-38
• 3.1.1 質(zhì)量與動(dòng)量守恒方程37
• 3.1.2 RANS方程37-38
• 3.2 湍流模型38-41
• 3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)k-ε 兩方程模型39
• 3.2.2 RNG k-ε 模型39-40
• 3.2.3 Realizable k-ε 模型40-41
• 3.3 邊界條件41-43
• 3.3.1 流動(dòng)進(jìn)口邊界41-42
• 3.3.2 流動(dòng)出口邊界42
• 3.3.3 給定壓力邊界42
• 3.3.4 壁面邊界42-43
• 3.4 初始條件43
• 3.5 有限體積法的數(shù)值離散43
• 3.6 自由液面捕捉—VOF43-44
• 3.7 網(wǎng)格劃分44-45
• 3.8 動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)45
• 3.9 UDF功能45-46
• 3.10 本章小結(jié)46-47
• 第四章 二維數(shù)值波浪水池研究47-61
• 4.1 微幅波理論47-50
• 4.1.1 波浪運(yùn)動(dòng)的描述方法47
• 4.1.2 波浪運(yùn)動(dòng)控制方程與定解條件47-48
• 4.1.3 定解條件48-49
• 4.1.4 微幅波理論49-50
• 4.2 造消波方法50-53
• 4.2.1 造波方法51-53
• 4.2.2 消波方法53
• 4.3 數(shù)值水池的建立53-54
• 4.3.1 數(shù)值水池模型的網(wǎng)格及參數(shù)設(shè)置53-54
• 4.3.2 波浪數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)54
• 4.4 數(shù)值水池的驗(yàn)證54-60
• 4.4.1 造波性及后端消波區(qū)消波性驗(yàn)證55-58
• 4.4.2 前端消波區(qū)消波性驗(yàn)證58-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 第五章 方箱浮式防波堤基于粘性數(shù)值模擬的水動(dòng)力分析61-87
• 5.1 流體與浮體耦合計(jì)算模型61-64
• 5.1.1 浮體運(yùn)動(dòng)模型61-63
• 5.1.2 系泊浮式防波堤的運(yùn)動(dòng)模型63-64
• 5.2 流固耦合模型建立與驗(yàn)證64-67
• 5.2.1 模型建立64-65
• 5.2.2 模型驗(yàn)證65-67
• 5.3 方箱浮式防波堤水動(dòng)力特性67-86
• 5.3.1 運(yùn)動(dòng)響應(yīng)67-68
• 5.3.2 自由液面68-71
• 5.3.3 動(dòng)水壓力71-75
• 5.3.4 流場(chǎng)結(jié)構(gòu)75-86
• 5.4 本章小結(jié)86-87
• 第六章 方箱浮式防波堤消浪機(jī)理初探87-103
• 6.1 消浪機(jī)理87
• 6.2 透浪公式87-91
• 6.3 消浪性的改進(jìn)91-102
• 6.3.1 設(shè)計(jì)方案91-92
• 6.3.2 運(yùn)動(dòng)響應(yīng)92
• 6.3.3 自由液面92-94
• 6.3.4 流場(chǎng)結(jié)構(gòu)94-101
• 6.3.5 消浪特征101-102
• 6.4 本章小結(jié)102-103
• 第七章 結(jié)論與展望103-105
• 7.1 結(jié)論103-104
• 7.2 展望104-105
• 致謝105-106
• 參考文獻(xiàn)106-109
• 附錄109-116
• 在學(xué)期間發(fā)表的論著及取得的科研成果116

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