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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
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应用基于势流理论的时域高阶边界元方法,建立一个完全非线性的三维数值波浪水槽,通过实时模拟推板造波运动的方式产生波浪。通过混合欧拉-拉格朗日方法和四阶Runge-Kutta方法更新自由水面和造波板的瞬时位置。利用所建模型分别模拟了有限水深波和浅水波,与试验结果、相关文献结果和浅水理论结果吻合较好,且波浪能够稳定传播。系统地讨论造波板的运动圆频率、振幅和水深等对波浪传播和波浪特性的影响,并对波浪的非线性特性进行分析,研究发现造波板运动频率、运动振幅以及水深均将对波浪形态和波浪非线性产生显著影响。结果为真实水槽造波机的运动控制以及波浪生成试验提供了依据,便于实验室设置更合理的参数来准确模拟不同条件下的波浪。 相似文献
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本文在时域非线性数值波浪水槽中，研究了不同风速条件下极端波浪的特性。采用推板造波的方式生成非线性波浪，基于Jeffrey遮蔽理论将风压项引入自由面动力学边界条件来模拟风压作用，通过高阶边界元法和混合欧拉-拉格朗日时间步进法来求解初边值问题。通过与已发表的聚焦波群实验结果对比验证了该数值模型的准确性，并研究了风压对极端波浪的最大波高、聚焦位置的偏移和波浪谱的演变等波浪性质的影响。本文进一步在数值波浪水槽中引入均匀水流，来模拟风生流对波浪演变的影响。结果表明，风压的存在会少量增大极端波浪的最大波高，波浪的聚焦和解焦过程伴随着明显的能量传递，并且风生流进一步导致了波浪聚焦位置的偏移。 相似文献
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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
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利用完全非线性数值波浪水槽技术研究水下平板与波浪的相互作用。假定水下平板厚度极薄、刚性,位于有限水深并且非常接近自由水面。应用四阶龙格库塔方法追踪每一时刻的波面形状,采用阻尼层来吸收反射波以保证算法的稳定性,同时引入平滑和重组的方法抑制自由表面控制点的较高梯度。通过对波浪与浮动圆柱相互作用的数值模拟证实了数值波浪水槽方法的有效性,计算结果与线性理论吻合良好。在波浪数值水槽方法中引入造波板模拟波浪产生并与水下平板发生相互作用,应用傅立叶解析方法对波面变形、波浪力作了分析。结果表明在板非常接近自由水面的情况下会表现出现很强的非线性,揭示了线性理论的局限性。 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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波浪聚焦被认为是产生极限波浪的重要机理之一,近年来受到普遍重视。通过高阶谱方法,引入造波边界建立数值计算模型,模拟聚焦波浪在不同方向分布时的产生和聚焦过程,研究波浪的方向分布对聚焦波浪的波面、波峰最大值、聚焦点的偏移、波面参数及频谱的影响。研究结果表明波浪方向分布越窄,波浪的非线性影响越强、波面越陡,波峰值、聚焦点的偏移和波面特征参数都越大;同时方向分布对波浪聚焦前后的能量具有很大的影响。 相似文献
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The hydrodynamic behaviour of an oscillating wave surge converter (OWSC) in large motion excited by nonlinear waves is investigated. The mechanism through which the wave energy is absorbed in the nonlinear system is analysed. The mathematical model used is based on the velocity potential theory together with the fully nonlinear boundary conditions on the moving body surface and deforming free surface. The problem is solved by the boundary element method. Numerical results are obtained to show how to adjust the mechanical properties of the OWSC to achieve the best efficiency in a given wave, together with the nonlinear effect of the wave height. Numerical results are also provided to show the behaviour of a given OWSC in waves of different frequencies and different heights. 相似文献
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A fully nonlinear numerical model based on a time-domain higher-order boundary element method (HOBEM) is founded to simulate the kinematics of extreme waves. In the model, the fully nonlinear free surface boundary conditions are satisfied and a semi-mixed Euler-Lagrange method is used to track free surface; a fourth-order Runga-Kutta technique is adopted to refresh the wave elevation and velocity potential on the free surface at each time step; an image Green function is used in the numerical wave tank so that the integrations on the lateral surfaces and bottom are excluded. The extreme waves are generated by the method of wave focusing. The physical experiments are carried out in a wave flume. On the horizontal velocity of the measured point, numerical solutions agree well with experimental results. The characteristics of the nonlinear extreme-wave kinematics and the velocity distribution are studied here. 相似文献
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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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A numerical model is developed to simulate fully nonlinear extreme waves in finite and infinite water-depth wave tanks. A semi-mixed Eulerian-Lagrangian formulation is adopted and a higher-order boundary element method in conjunction with an image Green function is used for the fluid domain. The boundary values on the free surface are updated at each time step by a fourth-order Runga-Kutta time-marching scheme at each time step. Input wave characteristics are specified at the upstream boundary by an appropriate wave theory. At the downstream boundary, an artificial damping zone is used to prevent wave reflection back into the computational domain. Using the image Green function in the whole fluid domain, the integrations on the two lateral walls and bottom are excluded. The simulation results on extreme wave elevations in finite and infinite water-depths are compared with experimental results and second-order analytical solutions respectively. The wave kinematics is also discussed in the present study. 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：4，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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Unsteady nonlinear wave motions on the free surface in shallow water and over slopes of various geometries are numerically simulated using a finite difference method in rectangular grid system. Two-dimensional Navier–Stokes equations and the continuity equation are used for the computations. Irregular leg lengths and stars are employed near the boundaries of body and free surface to satisfy the boundary conditions. Also, the free surface which consists of markers or segments is determined every time step with the satisfaction of kinematic and dynamic free surface conditions. Moreover, marker-density method is also adopted to allow plunging jets impinging on the free surface. Either linear or Stokes wave theory is employed for the generation of waves on the inflow boundary. For the simulation of wave breaking phenomena, the computations are carried out with various wave periods and sea bottom slopes in surf zone. The results are compared with other existing computational and experimental results. Agreement between the experimental data and the computation results is good. 相似文献