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相似文献
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1.
本文基于Navier-Stokes方程和连续性方程,利用VOF方法捕捉自由液面和松弛造波法实行造波,建立基于黏性流体理论的三维数值波浪水槽,并在该数值波浪水槽内对圆柱周围的波浪爬升效应进行数值模拟。选用两种不同的波浪参数,探讨波陡参数对柱体周围的波浪爬升效应及其所受载荷的影响。与势流模型相比,本文采用的黏性流模型可以较好的捕捉实验中出现的二次波峰现象。计算表明,本文建立的数值水槽可以较好用于直立圆柱波浪爬升问题的计算。  相似文献   

2.
本文选用RNGk-ε湍流模型封闭二维不可压缩N-S方程组,选用KdV、mKdV理论作为输入条件进行内孤立波造波模拟。运用流体模拟软件Fluent建立二维内波数值水槽,用动网格手段实现网格变形模拟物理边界造波法,用VOF方法进行密度分层流体的内界面追踪,对不同非线性强度的二相流内孤立波进行了数值模拟。并将数值模拟结果与KdV、mKdV理论波形以及内波试验水槽所造内孤立波进行对比,验证了此套造波方法在Fluent中进行内孤立波模拟的可行性。  相似文献   

3.
基于FLUENT的海洋内孤立波数值水槽模拟   总被引:3,自引:0,他引:3  
基于FLUENT商业软件及其二次开发功能,在标准κ-ε湍流模型下,采用VOF方法追踪两层流体内界面,通过给定入口速度和水位的设置造波边界法,建立了可有效模拟弱非线性内孤立渡的分层流数值水槽,并与仿物理的双板造波方法进行了比较.采用设置边界法所造的波形与理论值符合较好,这为数值分析内孤立渡与海洋结构物相互作用问题提供了一条更加有效的途径.  相似文献   

4.
以Navier-Stokes方程为控制方程,使用VOF方法追踪自由液面,由连续性方程和动量方程推导出源函数。基于非线性波浪理论和UDF对FLUENT进行二次开发,在数值水槽的各个功能区将不同的源项添加到动量方程中,实现动量源造波和消波的功能。此法可以有效地消除波浪在水槽出流边界的反射及波浪遇到结构物后在入射边界形成的二次反射,从而得到稳定的波动场。本文将这种方法应用于直墙防波堤上波浪压力的数值模拟,分析了造波和消波的有效性,对直立式防波堤波浪力进行了数值研究。为了得到更精确的结果,采用结构化网格和非结构化网格相结合,在直墙防波堤附近使用三角形网格,在其他区域使用四边形结构化网格,为了较好地捕捉自由液面,在液面上下一个波高的范围内对网格进行加密。将计算结果与二阶stokes波理论解进行对比,该方法计算结果与理论解一致,表明该方法能够产生历时较长的稳定的非线性规则波浪,能够很好地吸收波浪遇到建筑物产生的反射波,可以有效消除建筑物反射波的影响,为实际工程方案的设计提供参考,有较高的实用价值。通过计算得到极端高水位,设计高水位,设计低水位时候的各个测点的最大正向波压力和最大负向波压力,并将计算结果与物理模型试验数据和经验公式结果进行对比,结果吻合较好。并且由于该数值方法可以考虑防波堤迎浪面不同倾角的工况,其适应范围比经验公式范围更广,因此可以为海岸结构设计提供依据。  相似文献   

5.
基于ANSYS Workbench平台,建立三维密度分层数值水槽,对内孤立波与定常流共同作用下竖直圆管的响应问题进行了流固耦合数值分析。结果表明:随着定常流流速的增大,内孤立波波形逐渐变窄,下层流体发生反向流动;受定常流的影响,管体表面的剪切力增大,管体的顺流向变形增大。  相似文献   

6.
波浪与水流共同作用下的流速场   总被引:2,自引:1,他引:2  
本文讨论了波浪与稳定流相互作用的二元流条件下的流速场问题。分析表明由于波浪与水流相互作用的结果水流的垂线流速分布变得更为均匀,这一结果已经实验验证。结果还表明对于波流共同作用下的水平流速场可以应用波浪与水流二者水平流速值的叠加原理。数值计算的结果表明,对于波面高程和水平流速值,由非线性波理论所得的结果较线性波理论的结果为好。作者认为,在波流共同作用条件下,在工程实用上为了计算水平流速场,当相对水深 d/L 2大于0.1时,司采用斯托克斯三阶波或五阶波理论,当相对水深 d/L_2小于0.1时,司采用椭圆余弦波理论(d 为水深,L_2为静水中的波长)。  相似文献   

7.
基于势流理论和时域高阶边界元方法,建立了三维完全非线性数值波浪水槽模型.利用源造波法产生入射波浪,应用五阶斯托克斯波理论给定波浪速度;采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,将二阶泰勒级数展开法应用于更新下一时间步的波面和速度势;通过加速势的方法准确计算自由水面速度的法向导数和物面速度势的时间导数.对完全非线性波浪进行了模拟,得到了稳定的波形.当波浪非线性较小时,与四阶Runge- Kutta法(RK4)计算结果和五阶斯托克斯波理论解均吻合良好;随着波浪非线性的增大,计算结果误差逐渐增大.通过数值试验分析,在满足精度要求的基础上,本方法计算时间略大于四阶Runge- Kutta法的四分之一,大大减少了计算量.  相似文献   

8.
三维完全非线性波浪水槽的数值模拟   总被引:7,自引:0,他引:7  
用有限元求解拉普拉斯方程,建立了三维完全非线性数值波浪水槽.跟踪流体自由表面的方法为满足完全非线性自由表面条件的半拉格朗日法,对离散单元采用20节点的六面体二次等参数单元.并把数值计算结果与水面初始升高产生箱体内流体运动解析解和二阶斯托克斯波理论解进行了对比,结果表明该模型是稳定的、守恒的,能精确模拟非线性波浪的产生和传播.  相似文献   

9.
利用三维水流数值模型对单向流下导流叶片对流场的影响情况进行了模拟与分析可知,计算值与实测值吻合较好,结果表明本文采用的模型能较好地解决复杂的紊流场;并通过水槽水平切面流场的分析可知在导流叶片附近存在一个逆时针漩涡,这个漩涡是造成导流叶片附近泥沙发生局部冲刷的主要原因.  相似文献   

10.
张网是我国沿海重要的捕捞作业渔具,在作业过程中受到水流与波浪的联合作用。本文应用有限元方法与集中参数法建立了张网在波流场中的动力学方程,以预测张网在波流作用下的水动力学特性。将数值计算结果与水槽模型实验结果进行比较,符合良好,表明本方法可以在一定程度上代替传统的水槽模型实验,为张网渔具设计和优化提供一种可供选择的数值分析方法。  相似文献   

11.
准确确定越浪量对于斜坡堤设计有重要意义。利用格子Boltzmann方法(LBM),并采用主动吸收式速度入口造波、出流边界消波、VOF方法追踪自由表面以及静态Smagorinsky模型模拟紊流运动,建立二维数值波浪水槽,对光滑斜坡堤上规则波与不规则波越浪进行数值模拟。模拟结果与试验值及其他数值模型结果比较表明,二维LBM数值波浪水槽具有模拟斜坡堤越浪的能力,但对于破碎较为剧烈的越浪过程模拟,该模型还存在一定的不足,未来可从提高自由表面模型精度等方面进一步改善其性能。  相似文献   

12.
李庆昕  宁德志  滕斌 《海洋学报》2017,39(1):96-103
基于势流理论采用时域高阶边界元方法建立了模拟非线性波浪与淹没水平双、三圆柱作用的数值水槽模型,其中采用混合欧拉-拉格朗日方法更新自由水面,四阶Runga-Kutta方法进行时间步进。利用两点法分离得到潜体下游高阶自由波,进而研究潜体间距、布置形式等对高倍频自由波的影响。同时在物理水槽内开展多潜体高阶谐波物理模型试验,并将试验结果与数值结果进行对比,吻合较好。研究发现:淹没双圆柱下游高阶谐波幅值随潜体间距呈现周期性振荡变化,其振荡的重现距离约为波长一半。而淹没三圆柱下游的高阶谐波随第一个间距呈周期性振荡变化,随第二个间距的增大而减小。  相似文献   

13.
孤立波与带窄缝双箱相互作用模拟研究   总被引:1,自引:1,他引:0  
针对孤立波与带窄缝双箱的作用问题,应用时域高阶边界元方法建立了二维数值水槽。其中,自由水面满足完全非线性运动学和动力学边界条件,对瞬时自由表面流体质点采用混合欧拉-拉格朗日法追踪,采用四阶龙格库塔法对下一时刻的自由水面的速度势和波面升高进行更新。采用加速度势法求解物体湿表面的瞬时波浪力。采用推板方法生成孤立波。通过模拟孤立波在直墙上的爬高以及施加在直墙上的波浪力,并与已发表的实验和数值结果对比,验证本数值模型的准确性。通过数值模拟计算研究了窄缝宽度、方箱尺寸对波浪在箱体迎浪侧爬高,窄缝内波面升高,箱体背浪侧透射波高及箱体受波浪荷载的影响。同时研究了有一定时间间隔的双孤立波与带窄缝双箱系统作用问题。  相似文献   

14.
A numerical irregular wave flume with active absorption of re-reflected waves is simulated by use of volume of fluid (VOF) method. An active 'absorbing wave-maker based on linear wave theory is set on the left boundary of the wave flume. The progressive waves and the absorbing waves are generated simultaneously at the active wave generating-absorbing boundary. The absorbing waves are generated to eliminate the waves coming back to the generating boundary due to reflection from the outflow boundary and the structures. SIRW method proposed by Frigaard and Brorsen (1995) is used to separate the incident waves and reflected waves. The digital filters are designed based on the surface elevation signals of the two wave gauges. The corrected velocity of the wave-maker paddle is the output from the digital filter in real time. The numerical results of regular and irregular waves by the active absorbing-generating boundary are compared with the numerical results by the ordinary generating boundary to verify the performance of the active absorbing-generator boundary. The differences between the initial incident waves and the estimated incident waves are analyzed.  相似文献   

15.
A new coupling model of wave interaction with porous medium is established in which the wave field solver is based on the two dimensional Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations with a closure. Incident waves, which could be linear waves, cnoidal waves or solitary waves, are produced by a piston-type wave maker in the computational domain and the free surface is traced through the Piecewise Linear Interface Construction-Volume of Fluid (PLIC-VOF) method. Nonlinear Forchheimer equations are adopted to calculate the flow field within the porous media. By introducing a velocity–pressure correction equation, the wave field and the porous flow field are highly and efficiently coupled. The two fields are solved simultaneously and no boundary condition is needed at the interface of the internal porous flow and the external wave. The newly developed numerical model is used to simulate wave interaction with porous seabed and the numerical results agree well with the experimental data. The additional numerical tests are also conducted to study the effects of seabed thickness, porosity and permeability coefficient on wave damping and the pore water pressure responses.  相似文献   

16.
极限波浪运动特性的非线性数值模拟   总被引:1,自引:0,他引:1  
宁德志  滕斌  姜立明  臧军 《海洋学报》2008,30(3):126-132
利用时域高阶边界元方法建立了模拟极限波浪运动的完全非线性数值模型,其中自由水面满足完全非线性自由水面条件.采用半混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶Runge-Kutta方法更新下一时间步的波面和速度势,同时应用镜像格林函数消除水槽两个侧面和底面上的积分.研究中利用波浪聚焦的方法产生极限波浪,并且在水槽中开展了物理模型实验,将测点试验数据与数值结果进行了对比,两者吻合得很好.对极限波浪运动的非线性和流域内速度分布进行了研究.  相似文献   

17.
This work presents a new approach for simulating the random waves in viscous fluids and the associated bottom shear stresses. By generating the incident random waves in a numerical wave flume and solving the unsteady two-dimensional Navier-Stokes equations and the fully nonlinear free surface boundaiy conditions for the fluid flows in the flume, the viscous flows and laminar bottom shear stresses induced by random waves axe determined. The deterministic spectral amplitude method implemented by use of the fast Fourier transform algorithm was adopted to generate the incident random waves. The accuracy of the numerical scheme is confirmed by comparing the predicted wave spectrum with the target spectrum and by comparing the nanlerical transfer function between the shear stress and the surface elevation with the theoretical transfer function. The maximum bottom shear stress caused by random waves, computed by this wave model, is compared with that obtained by Myrhaug' s model (1995). The transfer function method is also employed to determine the maximum shear stress, and is proved accurate.  相似文献   

18.
进动(precession)共振是一种非线性共振相互作用,2016年才有学者对这一现象进行研究。采用非静压二维自由表面流模型模拟了深水条件下重力波的进动共振现象。通过边界造波的方法产生双色波,分析了触发进动共振的初始条件;探讨了进动共振在小振幅前提条件下发生的简化初始条件。数值模拟分析两组对称测点,对不同测点的波面、能量谱进行对比分析。数值结果表明:非静压二维自由表面流模型可以模拟进动共振现象,并且可以采用双色波作为条件来研究深水五波进动共振现象,进动共振需要一定的能量转化时间,进动共振发生的条件是三波组合的进动频率等于一个系统存在的非线性频率。  相似文献   

19.
The three-dimensional numerical model with σ-coordinate transformation in the vertical direction is applied to the simulation of surface water waves and wave-induced laminar boundary layers. Unlike most of the previous investigations that solved the simplified one-dimensional boundary layer equation of motion and neglected the interaction between boundary layer and outside flow, the present model solves the full Navier–Stokes equations (NSE) in the entire domain from bottom to free surface. A non-uniform mesh system is used in the vertical direction to resolve the thin boundary layer. Linear wave, Stokes wave, cnoidal wave and solitary wave are considered. The numerical results are compared to analytical solutions and available experimental data. The numerical results agree favorably to all of the experimental data. It is found that the analytical solutions are accurate for both linear wave and Stokes wave but inadequate for cnoidal wave or solitary wave. The possible reason is that the existing analytical solutions for cnoidal and solitary waves adopt the first-order approximation for free stream velocity and thus overestimate the near bottom velocity. Besides velocity, the present model also provides accurate results for wave-induced bed shear stress.  相似文献   

20.
The interaction between current-free higher-order water waves with a wave-free uniform current normal to the wave crests is considered. The combined wave-current motion resulting from the interaction is assumed stable and irrotational. The velocity potential, dispersion relation, the particle kinematics and pressure distribution up to the third order in wave amplitude are developed. The conservation of mean mass, momentum and energy, together with the dispersion relation on the free surface are used to derive a set of four nonlinear equations, through which the relationship between wave-free current, current-free wave and the combined wave-current parameters is established. Numerical results for a range of current values are also presented.  相似文献   

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