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针对无限水深下波浪与二维水面物体相互作用问题,传统的波浪格林函数形式复杂、计算缓慢,为了提高计算效率和计算精度,将流域分为物体周围的内域及远离物体的外域,内域采用简单格林函数法,外域采用多极子展开方法,通过内外域边界匹配,耦合求解得到流域中任意一点的速度势,并可计算物体在波浪作用下的波浪激振力、附加质量、辐射阻尼及透射和反射系数。应用该方法计算了二维水面漂浮半圆和水面漂浮方箱的算例,数值计算结果表明,该方法可以方便、准确、快速地计算无限水深下波浪与任意漂浮物体的作用问题。 相似文献
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波浪对直墙前垂直圆柱的绕射 总被引：1，自引：2，他引：1
应用映像原理，将直墙前单个圆柱对波浪的绕射问题，变换为双柱对双向波浪的绕射问题，应用速度势的特征展开方法，建立了直墙前垂直圆柱对波浪绕射的解析解。通过数值计算研究了圆柱与直墙间距离大小、波浪入射角等因素对圆柱上总波浪作用力的影响。计算结果表明，直墙前圆柱上的波浪力将成倍地增加，且随着波数的变化而发生振荡。 相似文献
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部分反射直墙前潜堤水动力特性研究 总被引：1，自引：0，他引：1
基于线性势流理论,对部分反射直墙前潜堤的水动力特性进行了理论研究。利用匹配特征函数展开法给出了潜堤透射系数和反射系数的计算方法,计算结果与边界元方法的计算结果一致。利用数值算例分析了潜堤透射系数和反射系数的主要影响因素。增大部分反射直墙的反射系数,将加大潜堤的透射系数。随着潜堤相对宽度或潜堤与直墙之间相对间距的增加,潜堤透射系数和反射系数呈周期性变化,但变化规律相反。 相似文献
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采用二阶时域理论对非线性波浪在任意三维物体周围的绕射问题进行了研究，对自由表面边界条件进行Taylor级数展开，应用摄动展开可以建立相应的边值问题，而且此边值问题的计算域不随时间变化，运用基于B－样条的边界元方法求解每一时刻的波浪场，二阶自由表面边界条件在时间上进行数值积分，在自由表面加了一个人工阻尼层以避免波浪的反射，速度势分解为已知的入射势和未知的散射势，初始条件采用二阶Stokes波浪场，通过加入物体表面边界条件，得到散射势在时间和空间上的发展，本文对圆柱所受规则波的二阶波浪力和波浪爬高进行了计算，数值结果表明此理论计算准确，效率高，数值稳定。 相似文献
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应用基于势流理论的频域边界元方法,研究了波浪在有限长正弦周期地形上的传播问题.开展了网格收敛性分析,并与物理模型试验结果做了对比,验证了数值方法的准确性.研究了正弦地形长度和幅度对水波反射率的影响,以及波浪在周期性地形上传播时的沿程波幅变化.研究发现,波浪反射系数随波数的变化及波浪幅值沿程的变化均呈包络状;当频率处于布拉格共振区域边缘且反射率为零时,周期地形上会出现极大的波幅;随海床波幅增大,第一布拉格共振带变宽且向低频移动. 相似文献
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为验证研制的国产气象水文传感器的性能,设计了直径3 m的圆盘式小型浮标,拟搭载所有传感器在2000 m以深海域开展应用试验。统计了试验海域的有义波高、波浪周期、最大风速和表层流速等环境参数,计算了浮标的质量、重心、吃水、受力投影面积和惯性矩等设计参数。以三维势流理论和波浪辐射-绕射理论为基础,使用AQWA软件在频域内对浮标进行水动力计算,仿真了浮标工作时所受的一阶波浪力、附加质量、附加阻尼和运动幅值响应因子,通过仿真结果对浮标设计方案进行优化,优化后的浮标计算结果随波浪频率变化平缓,幅值合理且无激增点,表明该浮标与工作海域内的波浪没有发生明显谐振,对环境载荷有足够的承受能力,方案可用于浮标研制。 相似文献
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极限波浪载荷是导致海上结构物疲劳失效的主要载荷之一。固定在海洋基础结构物上的直立开孔墙对减小波浪载荷具有一定的效果。基于不可压缩黏性流体流动理论和N-S方程,采用VOF与Level-set相结合追踪自由表面的方法,首先建立数值波浪水槽,然后对开孔墙本身的开孔率和开孔墙与直立墙之间的相对距离,在降低反射系数和波浪力两个方面进行分析。研究结果表明,开孔墙可以明显降低作用在结构物上的波浪力,开孔墙本身的开孔率和与直立墙的相对距离会对其产生明显影响;不同波浪参数下会存在一个最佳的开孔率,但是不同波浪参数时最佳开孔率会略有不同;当开孔墙和直立墙的相对距离在0.2到0.3之间时,开孔墙的消波减载效果最佳。研究结果可为海洋工程相关设计提供一定的参考。 相似文献
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月池内流体存在活塞和晃荡两类振荡现象。基于线性势流理论,推导了波浪斜向入射下,直墙前矩形月池辐射和绕射问题的解析解。通过分离变量法和特征函数展开法求解了速度势函数,根据边界条件来确定速度势函数中的未知系数,由速度势函数计算斜向波与矩形月池相互作用的水动力系数和波浪激励力,对它们的变化规律进行了分析讨论,研究了底部开口大小、波浪入射角度对矩形月池水动力特性的影响以及直墙远近对波浪力的影响。结果表明,月池底部开口大小对流体水平作用的影响较小,而对流体垂直作用的影响较大;波浪入射角度的变化对矩形月池横荡和横摇运动时的水动力特性有一定的影响;在一定条件下,直墙的存在会使得月池在水平方向所受到的波浪力比开敞水域中的要大。 相似文献
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基于粘性流模型的筒型基础防波堤波浪力数值分析 总被引：3，自引：0，他引：3
筒型基础防波堤是一种新型港口海岸工程结构,其基础上部是由连续排列的圆筒构成的直立防浪墙.采用粘性流数值模型,研究连续圆筒防波堤上波浪力竖向分布、水平(沿圆筒环向)分布和波浪力合力特性,并对粘性流数值模型计算的平面直墙波浪力与海港水文规范方法计算结果;粘性流数值模型计算的连续圆筒墙面波浪力与平面直墙波浪力;无限长连续圆筒墙面波浪力与有限长连续圆筒墙面波浪力进行比较分析.针对所选工程算例,建议按<海港水文规范>中平面直墙波浪力计算方法确定连续圆筒防波堤上的波浪力时,波峰时考虑0.90左右的折减系数,波谷时考虑0.95左右的折减系数. 相似文献
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规则波作用下四锚浮标系统动力分析 总被引：1，自引：0，他引：1
随着水深的增加,海洋浮标系泊缆索的长度也增加,对其浮标系泊系统进行动力分析是非常重要的.基于势流理论,应用边界元方法在频域内计算浮标的附加质量和阻尼、一阶波浪力和二阶平均漂移力,通过快速傅里叶变换将计算结果转换到时域,应用莫里森公式计算浮标及其skirt的粘性阻尼力,应用非线性有限元方法计算系泊缆索张力,最后在时域内应用四阶Runge- Kutta法计算浮标的运动响应和系泊缆索张力.比较分析了两种水深条件下,不同skirt直径和缆索长度情况下浮标的水动力特性、运动响应和系泊缆索张力.计算结果表明,浮标skirt的存在对纵荡方向的附加质量和辐射阻尼基本没有影响,而垂荡方向的附加质量增加,辐射阻尼减小,且能够减小二阶平均波浪力的峰值. 相似文献
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斜向不规则波对直墙作用的实验研究 总被引：5，自引：1，他引：5
通过长峰不规则波和方向波谱对直墙作用的实验研究 ,分别给出了每延米斜向不规则波波浪力与正向力之比 ,方向波谱波浪力与斜向长峰不规则波波浪力之间的关系 ,通过与规则波实验结果的比较给出了斜向规则波与不规则波波浪力之间的相对关系 ;并对斜向不规则波的反射系数与正向波时的变化作出了分析 相似文献
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为解决海洋监测微型传感器供能问题,设计新型波浪能捕获装置,在海面振荡浮筒气室产生空气气柱,驱动介电弹性体形变发电为传感器供能。建立振荡浮子式气柱数值模型,研究新型振荡水柱发电计算理论。利用水动力仿真软件AQWA求解浮子所受波浪力作用振荡幅值、辐射阻尼和附加质量。基于Simulink软件分别计算波浪作用下浮子位移和气室内水柱位移,根据两者的位移差计算气室体积变化所产生的空气压强、介电弹性体发电薄膜形变量和系统输出电能,单次循环周期最大发电量达到24.6 mJ。分析波浪周期、发电薄膜几何参数等对输出电能的影响。 相似文献
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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
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在有、无礁冠两种典型岛礁剖面地形上开展孤立波冲击礁坪上直墙的二维水槽试验和数值模拟研究。通过OpenFOAM结合k-ε湍流模型进行RANS数值模拟,基于试验数据和验证后的RANS模拟结果,研究了岛礁剖面上孤立波传播的水动力特性及其对直墙的作用,并探讨了礁冠的存在对直墙所受冲击的影响。结果表明:RANS(k-ε)模型能够准确还原孤立波在岛礁地形上的主要传播特征,但在波浪破碎的情况下,RANS数值模拟不够精细,尤其对直墙所受瞬击荷载的捕捉能力欠缺;礁冠的存在,增强了波浪反射,使得波浪提前破碎,减小了直墙上的波浪爬升和最大动压。 相似文献
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航行体近水面航行时会引起周围流场中流体的惯性运动,动能会随波浪扩散而耗散,航行体近水面运动时固有周期和幅值衰减率受水的影响可以用附加质量和阻尼系数描述。运用计算流体力学软件 STAR-CCM+开展航行体近水面自由横摇与纵摇衰减运动的数值仿真,根据不同初始角度条件下仿真得到的自由衰减时历曲线,分别计算横摇与纵摇的附加质量与阻尼系数,并结合实际运动情况,对不同初始角度条件下附加质量与阻尼系数的变化成因分别进行分析。 相似文献
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随机波浪下Truss Spar平台垂荡运动时域分析 总被引：4，自引：2，他引：2
研究Truss Spar平台在随机波浪下的垂荡运动特性。采用ITTC双参数谱,考虑绕射作用,数值计算了平台所受的随机波浪力。利用已有的水动力试验和数值模拟结果及Morison方程,估计了Truss Spar平台垂荡方向的附加质量和粘滞阻尼大小。考虑非线性阻尼和瞬时波面的影响,运用Runge-Kutta数值迭代算法,比较了不同随机波浪参数对平台运动响应的影响,特别是波浪特征周期接近垂荡固有周期时。结果表明,当波浪特征周期接近平台垂荡固有周期时,平台产生大幅垂荡运动,频域的运动分析结果比时域结果偏小。 相似文献
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为了使消能结构在多频率波浪作用下都能有一个较低的反射率,提出一种新型消能结构——双层板与双列开孔结构复合结构。考虑了面积约束条件下结构物边界对波浪反射特性的影响,运用数值模拟方法模拟了波浪与结构物的相互作用,计算了消能结构在不同边界形状下的反射系数,对比波浪反射系数结果获得了最佳的消能结构物边界形状。反射系数研究结果及消能结构周围流场的分析表明:消能结构物的反射特性及流场特性对波候有一定的依赖性,也依赖于消能结构物的边界特性。因此开展消能结构物边界排布及形状的研究是很有必要的。 相似文献