本文關鍵詞：基于OpenFOAM的主動吸收式數(shù)值波浪水槽研究

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【摘要】：波浪是海洋環(huán)境中最重要的動力因素之一,數(shù)值波浪水槽被廣泛應用于波浪、波浪與結構物相互作用等問題的研究。然而,數(shù)值水槽是一個有限尺度的封閉水域,反射波在造波板處會發(fā)生二次反射,而二次反射波在真實海洋環(huán)境中是不存在的,進行長時間模擬試驗時會嚴重干擾波浪場,降低模擬的準確性和穩(wěn)定性。主動吸收式造波機集造波和消波功能于一身,可以有效地消除造波板處的二次反射波,因此發(fā)展主動吸收式數(shù)值波浪水槽有重要的實際意義。本文基于主動吸收推板造波原理,在開源程序平臺OpenFOAM上建立了主動吸收推板造波數(shù)值波浪水槽模型。主要研究內容和結論如下:(1)數(shù)值水槽中的波浪場通過OpenFOAM中的兩相流動網(wǎng)格求解器進行求解,通過自定義的造波邊界條件實現(xiàn)數(shù)值推板造波和主動消波。建立的主動吸收推板造波數(shù)值模型采用推板上的波面位置作為反饋信號,根據(jù)線性波浪理論構建推板主動吸收位移時域控制方程,實現(xiàn)主動吸收造波。(2)模型可以實現(xiàn)普通推板造波和主動吸收推板造波兩種造波方式,并進行了規(guī)則波和不規(guī)則波數(shù)值造波試驗。結果表明,模型可以準確模擬實驗室普通推板造波和主動吸收造波,主動吸收效果較好。(3)對主動吸收造波模型中推板慢漂問題進行了分析討論,提出了線性補償法和PID控制兩種修正方法。數(shù)值試驗結果證明,兩種方法均能有效地解決推板慢漂問題,使數(shù)值模型可以進行長時間模擬。(4)對不同高度潛堤條件下,規(guī)則波和不規(guī)則的波浪場進行了數(shù)值模擬,數(shù)值試驗結果表明,主動吸收造波方法對不同反射系數(shù)具有良好的適應性,均具有較好的主動吸收效果。
【關鍵詞】：二次反射波 主動吸收造波 OpenFOAM 數(shù)值模擬 慢漂
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TV139.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-23
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 國內外研究進展10-21
• 1.2.1 數(shù)值波浪模型的研究進展10-13
• 1.2.2 數(shù)值造波技術的研究進展13-15
• 1.2.3 數(shù)值消波技術的研究進展15-16
• 1.2.4 主動吸收造波技術的研究進展16-20
• 1.2.5 OpenFOAM與數(shù)值波浪水槽模型研究進展20-21
• 1.3 課題主要研究工作21-23
• 第二章 推板造波理論23-36
• 2.1 普通推板造波理論23-27
• 2.1.1 規(guī)則波普通推板造波理論23-24
• 2.1.2 不規(guī)則波普通推板造波理論24-27
• 2.2 主動吸收式推板造波理論27-31
• 2.2.1 規(guī)則波主動吸收推板造波理論27-29
• 2.2.2 不規(guī)則波主動吸收式推板造波理論29-30
• 2.2.3 不規(guī)則波代表頻率加權平均法30-31
• 2.3 入反射分析31-34
• 2.4 主動吸收率34-35
• 2.5 本章小結35-36
• 第三章 主動吸收式推板造波數(shù)值波浪水槽模型建立36-52
• 3.1 OpenFOAM兩相流模型36-44
• 3.1.1 控制方程36-37
• 3.1.2 VOF方法追蹤自由表面37-38
• 3.1.3 數(shù)值離散38-40
• 3.1.4 數(shù)值求解40-42
• 3.1.5 邊界條件和初始條件42-43
• 3.1.6 時間和空間步長43-44
• 3.2 主動吸收推板造波控制流程44-47
• 3.2.1 規(guī)則波主動吸收推板造波控制流程44-46
• 3.2.2 不規(guī)則波主動吸收推板造波控制流程46-47
• 3.3 主動吸收式推板造波程序實現(xiàn)47-49
• 3.4 衰減駐波影響因子R49-51
• 3.5 本章小結51-52
• 第四章 主動吸收式推板造波數(shù)值波浪水槽模型驗證與討論52-81
• 4.1 數(shù)值試驗條件52-53
• 4.2 普通推板造波方法的驗證53-59
• 4.2.1 規(guī)則波驗證53-56
• 4.2.2 不規(guī)則波驗證56-59
• 4.3 主動吸收式推板造波方法的驗證59-66
• 4.3.1 規(guī)則波驗證59-62
• 4.3.2 不規(guī)則波驗證62-66
• 4.4 主動吸收式推板造波方法的討論66-80
• 4.4.1 主動吸收式造波的推板慢漂現(xiàn)象66-67
• 4.4.2 線性補償修正67-75
• 4.4.3 PID控制修正75-80
• 4.5 本章小結80-81
• 第五章 主動吸收式推板造波數(shù)值波浪水槽模型應用81-91
• 5.1 算例設置81
• 5.2 規(guī)則波作用81-87
• 5.3 不規(guī)則波作用87-90
• 5.4 本章小結90-91
• 第六章 結論與展望91-93
• 6.1 結論91-92
• 6.2 展望92-93
• 參考文獻93-101
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明101-102
• 致謝102-103

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本文編號：995685