不规则波对平板冲击作用数值模拟研究

文章采用数值模拟方法,建立了基于FLUENT软件的二维不规则波浪数值模型,探讨了波浪对水平板结构的作用机理.模型中采用RANS方程和标准k-ε方程,采用VOF方法重建自由液面.通过数值模拟复演了波浪冲击水平板结构的过程,将数值模拟结果与实验数据进行比较,验证了模型的可靠性.经过计算和分析,研究了波浪冲击平板过程中的冲击压力和流场特性,得到了冲击压力和流场的分布规律.分析了波陡,净空及板宽等参数对冲击压力和流场的影响.最后,给出了波浪冲击压力与相应水质点垂直速度间的统计关系,并对河海大学原有冲击压力的计算公式进行了改进,提出了新的冲击压力公式.研究结果表明:冲击压力峰值与相应的水质点垂直速度的平方成正比,修正后的冲击压力公式更为合理、可行.论文工作将对准确预测冲击载荷,掌握更多的冲击机理具有重要意义.     

波浪冲击平板过程流场的数值模拟

为研究波浪冲击过程的流场特性,应用FLUENT软件建立了规则波与平板结构相互作用的二维数学模型,模型中采用RANS方程和k-ε湍流模型,以VOF方法处理自由表面.通过对不同工况的数值模拟和试验结果比较,验证了模型的可靠性,得到波浪对结构物底面冲击过程的流场变化特性.然后分别讨论了波陡、平板离开水面距离和板宽等因素对结构物底面水质点最大垂向运动速度的影响,并研究了水质点运动速度和冲击压力之间的关系.     

不规则波对平板缓变作用数值模拟研究（英文）

本文采用计算机数值模拟方法,在FLUENT软件计算平台上建立了二维不规则波数值波浪水槽,对透空平板结构底面受到的波浪缓变压力作用进行了研究。数学模型采用RANS方程和k-ε湍流模型,以VOF方法处理自由表面。首先对几组典型工况进行了模拟,复演了波浪冲击透空平板结构的过程,采用低通滤波器方法提取上托力信号的缓变部分,通过数值模拟和试验结果的比较,验证了模型的有效性。然后通过计算和分析,得到了波浪冲击过程中缓变压强的变化特性,不同有效波高、超高、平均周期下缓变压强的分布规律,波陡、超高和板宽各因素对缓变压强的影响。最后给出了计算缓变压强分布宽度的公式,认为分布宽度与波浪作用在板上的宽度x、相对超高和相对板宽等因素相关。另外,根据模拟结果,文中提出了缓变压强的拟合公式,与河海大学原经验公式进行了比较,认为原公式计算结果偏小,并不完全适用,新公式更加合理可行。研究结果有利于更准确地预报波浪的缓变压强荷载,深入认识波浪作用机理。     

规则波作用下近岸透空式结构物的波浪上托力研究

基于对透空码头结构物波浪上托力研究现状的分析,运用垂向二维CFD数值波浪水槽建立模拟规则波作用下水平板波浪上托力的数值模型.通过物理模型和数值模型所获波浪压力结果的对比分析,总结平板底部流场和测点压强的分布特点,探讨不同周期波浪的最大冲击压强随波浪相对超高变化的规律.试验结果表明,规则波作用下波浪上托力的数值模拟结果与...     

规则波下码头面板底部冲击压强分布数值模拟*

采用计算机数值模拟方法,在FLUENT软件计算平台上建立了二维规则波数值波浪水槽,对透空平板、有梁面板结构底面受到的波浪冲击压强分布情况进行研究。数学模型采用RANS方程和k-ε湍流模型,以VOF方法处理自由表面。通过对不同工况的数值模拟和试验结果比较,验证了模型的造消波性能和应用的有效性。然后通过计算,得到了波浪冲击过程中面板底部冲击压强的分布规律,并对数据进行了分析和统计,提出了面板底面冲击压强分布宽度的拟合公式,作为工程设计的参考。     

波浪对有梁面板结构冲击作用数值模拟

采用计算机数值模拟方法,在FLUENT软件计算平台上建立了二维规则波数值波浪水槽,对透空有梁面板结构底面受到的波浪冲击作用进行研究。数学模型采用RANS方程和k-ε湍流模型,以VOF方法处理自由表面。通过对不同工况的数值模拟和试验结果比较,验证了模型的造消波性能和应用的有效性。通过计算,得到了波浪冲击过程中波陡、超高和板宽各因素对冲击压强的影响。最后在已有冲击压强计算公式基础上提出了修正公式,以更准确地预报波浪的冲击荷载,深入认识波浪冲击机理。     

波浪对平板结构冲击作用数值模拟

为研究波浪冲击特性,应用FLUENT软件建立了规则波与平板结构相互作用的二维数学模型,模型中采用RANS方程和κ-ε湍流模型,以VOF方法处理自由表面.对3种典型工况下的冲击过程进行数值模拟,验证了模型的可靠性,并确定冲击压峰值的平均值作为波浪冲击特性指标.通过大量的数值计算,分别对波陡、平板离开水面距离和板宽等因素对波浪冲击作用的影响进行了分析讨论,并与试验结果进行比较.     

基于CIP方法对波浪冲击过程的数值模拟

为了研究波浪对结构物的冲击过程中空气相的影响,文章基于紧致差值曲线(CIP)方法建立了可压缩两相流数值波浪水槽模型。在模型的验证基础上,首先模拟了规则波对直墙的冲击,冲击压强的数值结果与实验值吻合较好,表明CIP方法可以精确的计算波浪对结构物的冲击问题。最后将模型应用于模拟规则波对水平板的冲击,对比分析了水平板前、中、后部自由面的发展过程。结果表明在水平板中前部,空气垫层是影响波浪冲击中压力变化的重要因素:对波浪的冲击起到了一定的缓冲作用,但空气垫层的存在也使冲击过程更加复杂化。     

三维数值水池的水波衰减特性分析

为了研究数值水池的波浪衰减特性，本文以N-S方程为控制方程，基于有限体积（Volume of Finite，VOF）法和湍流模型RNG k-ε，通过在流场入口处添加速度的方式，模拟了波浪的生成与传播过程；并且在水池末端添加动量源项实现了波浪的消除。在建立数值水池的基础上，对数值波浪水池的模拟精度和波浪衰减的相关问题进行了分析，得出了波浪沿程衰减的规律曲线及最优的数值仿真设置方案。     

基于间断有限元方法的可压缩水高速冲击平板特性研究

基于任意欧拉拉格朗日（ALE）方法,忽略流体的粘性,建立水射流冲击刚性平板的数值模型。为了更为精确地捕捉流场中压力波,该文推导了在ALE框架下的间断有限元方法。该方法易于提高数值离散的空间精度,数值稳定性较
　　好,利于精确模拟高速水射流冲击过程。对于自由液面的变形,采用径向基函数方法确定网格单元的速度。该方法采用边界网格节点的信息去推导出内部网格节点的信息,不需要单元信息。平头水柱射流冲击的数值结果与Autodyn的数值结果吻合较好。在验证方法合理性的基础上,文中对平头及圆头水柱中压力波的分布特性进行了分析。数值结果表明：当冲击在平板表面时,会在产生一个压力波之后向水域内传播,且使得平板受到较大压力的作用。此外,圆头水柱的射流冲击将会产生一个更大的压力峰值。     

规则波对平板缓变压力作用数值模拟研究*

采用计算机数值模拟方法,在FLUENT软件计算平台上建立了二维规则波数值波浪水槽,对透空平板结构底面受到的波浪缓变压力作用进行研究。数学模型采用RANS方程和k-ε湍流模型,以VOF方法处理自由表面。首先对3组典型工况进行了模拟,采用低通滤波器方法提取上托力信号的缓变部分,通过数值模拟和试验结果的比较,验证了模型的有效性。然后讨论了波陡、超高和板宽等因素对面板底部所受的最大缓变压强的影响,给出了便于工程应用的计算波浪上托力缓变压强的经验公式,以供工程设计参考。     

基于数值和实验方法的非透浪梳式防波堤的水动力学特性研究

采用源函数造波法建立了三维数值波浪水槽模型,模拟了不同随机种子数(NW)下的随机波浪,与目标谱对比的结果证明当NW=200时,采用文中的数值方法可以得到较好的模拟精度;建立了随机波浪对一种非透浪梳式防波堤作用的数值模型,通过数值模拟结果和实验结果的比较,验证了该数值模型的有效性。对该非透浪的梳式防波堤的水力学特性进行了实验研究,并应用上述数值方法对结构的所受冲击波浪力机理进行了分析,数值结果证明在该结构的危险水位下,由结构的翼板和胸墙下底板所构成的异型空腔结构是导致翼板上产生较大冲击压力的主要因素。在此基础上,为了消减翼板的冲击压力,提出一种改进的结构型式,最后对该改进结构的翼板上波浪力特性和波浪反射系数进行了实验研究。     

非线性波与可渗潜堤的相互作用数值模拟

把波浪场与可渗潜堤内部的孔隙流场作为一个整体问题,从Navier-Stokes方程出发,采用k-ε模型来封闭雷诺方程,作为波浪场的控制方程,以Forchheimer方程作为孔隙流的控制方程,用VOF方法跟踪自由表面,应用施主与受主单元模型求解流体体积函数F的输运方程。以椭圆余弦波为入射波,数值模拟了椭圆余弦波在可渗潜堤前后的波面变化过程,并得到了潜堤内部孔隙流压力的变化结果。     

波浪在抛石潜堤上传播变形的MPS法模拟研究*

波浪在抛石潜堤上传播过程中会出现波浪反射、透射、越浪和破碎等复杂的流体运动过程，是一个复杂的强非线性紊流渗流问题。采用改进的MPS法，基于Drew的多孔介质内二相流运动控制方程，推导出适合粒子法的渗流水体压力泊松方程的混合源项方程，并通过在模型中引入SPS紊流模型来模拟多孔介质内外的紊流效应，构建垂向二维MPS法紊流渗流数值计算模型，模拟波浪在抛石潜堤上传播变形问题，对抛石潜堤内外的流速场、压力场、紊流能量的分布特性进行分析。结果表明：模型能够很好地再现抛石潜堤内外复杂的流场和压力分布，而且显著缓解流-固界面处的压力振荡与粒子分布不均匀问题，实现较高的模拟精度。     

直立圆柱体内孤立波载荷特性数值模拟（英文）

以三类内孤立波理论(KdV、eKdV和MCC)的适用性条件为依据,将内孤立波诱导上下层深度平均水平速度作为入口条件,采用Navier-Stokes方程为流场控制方程,建立了两层流体中内孤立波对直立圆柱体强非线性作用的数值模拟方法。结果表明,数值模拟所得内孤立波波形及其振幅与相应理论和实验结果一致,并且直立圆柱体内孤立波水平力、垂向力及其力矩数值模拟结果与实验结果吻合。直立圆柱体内孤立波载荷由波浪压差力、粘性压差力和摩擦力构成,其中摩擦力很小,可以忽略;对于水平力,其波浪压差力与粘性压差力量级相当,流体粘性的影响显著;对于垂向力,粘性压差力很小,流体粘性影响可以忽略。此外,直立圆柱体对内孤立波的波形及其诱导流场的影响很小,因此采用Morison公式和傅汝德—克雷洛夫力分别计算其内孤立波水平力和垂向力是可行的。     

潜式双层水平板型防波堤的消浪机理分析

双层水平板型防波堤是一种新型结构形式的防波堤。该防波堤与波浪相互作用的流场和涡量场变化特性及消浪机理研究,文献中还鲜有论述。文章用数值方法研究了波浪与潜式双层水平板型防波堤的相互作用。以连续方程、雷诺时均方程和k-ε湍流模型作为控制方程,建立了波浪与防波堤相互作用的数值模型。数值研究了潜式双层水平板型防波堤附近的流场、涡量场变化过程和不同位置的波能流。研究结果表明,上层板上方水域的涡动能量损耗及双层板之间和下层板下方波能流的逆向传递是防波堤的主要消浪机理。     

直立圆柱体内孤立波载荷特性数值模拟

以三类内孤立波理论(KdV、eKdV和MCC)的适用性条件为依据,将内孤立波诱导上下层深度平均水平速度作为入口条件,采用Navier-Stokes方程为流场控制方程,建立了两层流体中内孤立波对直立圆柱体强非线性作用的数值模拟方法.结果表明,数值模拟所得内孤立波波形及其振幅与相应理论和实验结果一致,并且直立圆柱体内孤立波水平力、垂向力及其力矩数值模拟结果与实验结果吻合.直立圆柱体内孤立波载荷由波浪压差力、粘性压差力和摩擦力构成,其中摩擦力很小,可以忽略;对于水平力,其波浪压差力与粘性压差力量级相当,流体粘性的影响显著;对于垂向力,粘性压差力很小,流体粘性影响可以忽略.此外,直立圆柱体对内孤立波的波形及其诱导流场的影响很小,因此采用Morison公式和傅汝德—克雷洛夫力分别计算其内孤立波水平力和垂向力是可行的.     

半潜平台内孤立波载荷特性数值模拟

以三类内孤立波理论KdV、e KdV和MCC的适用性条件为依据,采用Navier-Stokes方程为流场控制方程,将内孤立波诱导上下层深度平均水平速度作为入口边界条件,建立了两层流体中内孤立波对半潜平台强非线性作用的数值模拟方法。结果表明,数值模拟所得内孤立波波形及其振幅与相应理论和实验结果一致,并且在内孤立波作用下半潜平台水平力、垂向力及其力矩数值模拟结果与实验结果吻合。研究同时表明,半潜平台内孤立波载荷由波浪压差力、粘性压差力和摩擦力构成,其中摩擦力很小,可以忽略;水平力的主要成分为波浪压差力和粘性压差力,粘性压差力与波浪压差力相比较小却不可忽略,流体粘性的影响较小;垂向力中粘性压差力很小,流体粘性影响可以忽略。此外,半潜平台对内孤立波的波形及其诱导流场的影响很小,因此采用Morison和傅汝德—克雷洛夫力公式计算其内孤立波载荷是可行的。     

新型防波堤消浪特性数值模型的建立与验证

为探究新型圆弧护面透空式防波堤的水动力特性,建立三维数值波浪水槽,对其开展模拟研究工作。本文从模型的建立、自由面追踪技术和方程的离散求解等方面对数学模型进行了详细的阐述,利用实验数据对计算结果进行了验证,验证结果表明,该数值模拟方法的计算结果与实验数据有很好的相关性,证明本文构建的数值模型可以用于防波堤的波浪结构特点分析和附近的流场计算研究。     

波浪对单一四脚空心方块作用的三维SPH数值模拟

基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法建立了波浪与斜坡堤护面块体相互作用的三维数值模型,模拟了单个固定四脚空心方块在规则波作用下的水动力变化特性。应用此模型分析了块体与规则波作用过程中流场变化以及波压力变化,为建立斜坡堤全地形数值水槽奠定基础。