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非线性波浪波面追踪的一种新模式 总被引：1，自引：0，他引：1
基于Laplace方程的Green积分表达式和波面BemouUi方程所建立的非线性波动数学模型,是一个时域上具有初始值的边值问题,而精确地追踪自由表面的波动位置,给出波面运动瞬时的波面高度和波面势函数,是建立时域内非线性波浪数值模式的基础。本文采用0-1混合型边界元剖分计算域边界并离散Laplace方程的Green积分表达式,采用有限元剖分自由水面并推导满足自由表面非线性边界条件的波面有限元方程,联立计算域内以节点波势函数和波面位置高度的时间增量为未知量的线性方程组,通过时步内的循环迭代,给出每个时步上的波面位置和波面势函数,从而建立了一种新的非线性波浪波面追踪模式。数值造波水槽内的波浪试验表明,其数值模拟结果具有良好的计算精度。 相似文献
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数值水槽内的阻尼消波和波浪变形计算 总被引：11，自引：3，他引：8
采用时域内对波面运动位置追踪的边界元方法,建立了一种非线性波浪变形计算的三维数值模式,并借助Spongelayer阻尼消波和Sommerfeld放射条件相匹配的处理方式,开发了一条三维非线性波的数值造波水槽,进而对水槽内的Stokes波进行了波浪变形计算。 相似文献
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基于高阶边界元的三维数值波浪港池 总被引：8，自引：1，他引：8
初步建立了一个基于高阶边界元的三维数值波浪港池，港池具有造波和消波功能。采用高阶边界元16节点四边形单元和基于二阶显式泰勒展开的混合欧拉-拉格朗日时间步进求解带自由表面的完全非线性势流方程。模型中对于影响数值精度的问题作了细致的处理。数值计算结果表明本港池可以用来模拟非线性波浪的传播，具有很高的数值精度和稳定性。 相似文献
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消除"不规则频率"的非连续高阶元方法 总被引：2，自引：0，他引：2
针对使用边界元法计算波浪与结构物相互作用时所出现的“不规则频率”现象，采用连续高阶元和部分非连续高阶元对通过修改积分区域所获得的边界积分方程进行离散，有效地消除了“不规则频率”现象的发生。波浪作用下的截断圆柱所受到的水平波浪力和垂向波浪力的数值计算结果验证了该方法的有效性，同时考虑了非连续单元配置点的选择及单元划分数目对消除效果的影响。 相似文献
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基于高阶边界元的三维数值波浪港池--波浪破碎的模拟 总被引：5，自引：1，他引：4
在势流理论的框架内,采用高阶边界元方法和混合欧拉-拉格朗日法,实现了对三维波浪破碎过程的数值模拟.数值模型使用可调节时间步长的基于二阶显式泰勒展开的混合欧拉-拉格郎日时间步进来求解自由表面的演化过程.在所使用的边界元方法中,采用16节点三次滑移四边形单元来表示,这种单元在单元内具有高阶的精度同时在单元之间具有良好的连续性.给出了孤立波的传播和周期性非线性波浪沿缓坡传播的计算结果,表明数值模型具有良好的稳定性. 相似文献
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比例边界有限元法(SBFEM)是一种半解析的数值方法,比完全数值方法具有更高的精度,该方法结合了有限元和边界元的优点,采用相对少的剖分单元就可以得到较高精度的模拟结果。通过改变有限子域内部比例中心的位置,使这种方法可以应用到多种形式浮体在波浪作用下的水动力特性的计算中。同时还给出了各种形式浮体的波浪力及反射、透射系数的数值结果,并与边界元方法(BEM)计算结果和特征函数展开方法得到解析解进行了比较,均吻合良好。研究表明比例边界有限元不仅可以计算矩形的浮体结构,而且对于多种结构形式的浮体都可以计算,这为多种结构形式浮体的水动力分析提供了一个可行的方法。 相似文献
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无限水深聚焦波完全非线性数值模拟 总被引：1，自引：1，他引：0
基于势流理论提出一种新的高阶边界元方法对无限水深的聚焦波浪进行完全非线性数值模拟.自由水面满足完全非线性边界条件,模拟波浪的非线性效果可以达到更高阶.利用镜像原理,建立一种全新的格林函数应用到无限水深的数值波浪水槽中,以致于两无限深水槽侧壁的积分可以被排除.为了产生相应的入射波和吸收出流波浪,一个由点源组成的造波装置被布置于计算域内,同时人工阻尼层被用来吸引出流波浪,由波浪聚焦的方法得到极限波浪.通过开展线性和完全非线性聚焦波浪的数值实验及与理论解对比,验证本数值模型可以用来模拟无限深水域的极限波浪,且在出流边界没有反射. 相似文献
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为高效准确地对完全非线性波浪与二维固定结构物的相互作用进行模拟分析,建立了二维完全非线性时域耦合模型。耦合模型将计算域划分为靠近结构物的内域和远离结构物的外域,每个区域均采用满足完全非线性自由水面边界条件的波浪模型进行求解。在内域使用Laplace方程描述流体运动并采用高阶边界元法（BEM）对其进行求解;而在没有结构物的外域,波浪运动的控制方程为Irrotational Green-Naghdi（IGN）方程并采用有限元法（FEM）对其进行求解。内域和外域通过一段重叠区域进行耦合,从而实现模型间变量的传递。首先利用耦合模型分别对规则波的传播、直墙前立波的生成以及相关物理模型试验进行模拟,数值结果与精确解和试验结果的良好吻合验证了耦合模型耦合方式的合理性以及处理非线性问题的准确性;然后使用耦合模型模拟分析了波浪与固定结构物间的相互作用,并将结果与线性解析解以及完全非线性BEM模型的结果进行了对比分析,进一步证明了耦合模型的正确性与高效性。 相似文献
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Based on the Navier-Stokes (RANS) equations, a three-dimensional (3-D) mathematical model for the hydrodynamics and structural dynamics of a floating point-absorbing wave energy converter (WEC) with a stroke control system in irregular and extreme waves is presented. The model is validated by a comparison of the numerical results with the wave tank experiment results of other researchers. The validated model is then utilized to examine the effect of wave height on structure displacements and connection rope tension. In the examined cases, the differences in WEC’s performance exhibited by an inviscid fluid and a viscous fluid can be neglected. Our results also reveal that the differences in behavior predicted by boundary element method (BEM) and the RANS-based method can be significant and vary considerably, depending on wave height. 相似文献
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A numerical method, which combines the boundary element method (BEM) and the volume of the fluid method (VOF method), has been presented to solve wave–structure interactions; the intense wave motion at the proximity of the structure is modeled by the VOF method and the rest of the fluid region is modeled by the BEM. The combined method can considerably reduce the time-consuming VOF domain, and thus practically makes it possible to apply the VOF method for random wave calculations, in which long time computations are usually required to obtain statistically meaningful results, and therefore the use of the single-VOF model often becomes prohibitive in terms of computational time and storage memories. A VOF model CADMAS-SURF, which is based on SMAC scheme and had been constructed by a number of VOF researchers in coastal engineering in Japan, is used in the combined BEM–VOF model. The two-way coupling treatment, which enables us to deal with bidirectional wave propagations, which was originally given for the SOLA-VOF model by Yan et al. (2003a) and later improved by Kim et al. (2007), was modified for the SMAC scheme. The coupling treatments are described in detail in the paper. The validity of the combined BEM–VOF model was investigated by comparing the numerical results with the theoretical results for the propagations of Stokes 5th order waves and random waves. 相似文献
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波浪与外壁透空双方形沉箱相互作用 总被引：1，自引：1，他引：0
在线性波浪理论下,利用复合边界元素法(composite BEM)数值解析在等水深、规则波浪入射二种外壁透空双方形沉箱的无因次波力及Kd绕射分布图,并分别与其他研究者所作双圆筒内、外圆柱无因次波力及绕射分布图的计算结果进行比较,都说明本模式的合理性和可行性。在考虑不同透水参数下,分别计算波浪作用在内、外结构物的波力及沉箱四周绕射系数大小分布图。计算结果显示:波浪作用于外壁透空全透水双方形沉箱,外方柱无因次最大波力值会随着透水参数增加而降低;内方柱无因次最大波力值则随着透水参数增加而增加。本研究结果可供设计外海透水方形沉箱结构交互作用参考。 相似文献
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Gilbert R.W. Zedler E.A. Grilli S.T. Street R.L. 《Oceanic Engineering, IEEE Journal of》2007,32(1):236-248
In this paper, we report on the use of a numerical wave tank (NWT), based on fully nonlinear potential flow (FNPF) equations, in driving simulations of flow and sediment transport around partially buried obstacles. The suspended sediment transport is modeled in the near-field in a Navier-Stokes (NS) model using an immersed-boundary method and an attached sediment transport simulation module. Turbulence is represented by large eddy simulation (LES). The NWT is based on a higher order boundary element method (BEM), with an explicit second-order time stepping. Hence, only the NWT boundary is discretized. The solution for the velocity potential and its derivatives along the boundary is obtained in the BEM, which subsequently provides a solution at any required internal point within the domain. At initial time, the NS-LES model domain is initialized with the 3-D velocity field provided by the NWT and driven for later time by the pressure gradient field obtained in the NWT. Incident wave fields, as specified in the NWT to drive sediment transport, can be arbitrary. Applications are presented here for single frequency waves, such as produced by a harmonic piston wavemaker in the laboratory, and modulated frequency wave groups. The feasibility of coupling the irrotational flow and NS solutions is demonstrated. 相似文献
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三维I型超长管线阴极保护的数值模拟 总被引：1，自引：1，他引：1
研究超长管线阴极保护设计问题的数学模型和数值模拟，并将介质电阻、金属面电阻及金属自身电阻作了系统处理。通过数值试验与实验结果的对比，肯定了所提出的数学模型及所用边界元法在处理此类问题时的合理性及有效性。 相似文献
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An effective boundary element method (BEM) is presented for the interaction between oblique waves and long prismatic structures in water of finite depth. The Green's function used here is the basic Green's function that does not satisfy any boundary condition. Therefore, the discretized elements for the computation must be placed on all the boundaries. To improve the computational efficiency and accuracy, a modified method for treatment of the open boundary conditions and a direct analytical approach for the singularity integrals in the boundary integral equation are adopted. The present BEM method is applied to the calculation of hydrodynamic coefficients and wave exciting forces for long horizontal rectangular and circular structures. The performance of the present method is demonstrated by comparisons of results with those generated by other analytical and numerical methods. 相似文献