数值浪槽的建立与应去用研究-结构工程专业毕业论文.docxVIP

Cl Classified Index: TU312+.1 U.D.C: 624 Dissertation for the Master Degree in Engineering ESTABLISHMENT AND APPLICATION STUDY OF NUMERICAL WAVE TANK Candidate: Lv Pin Supervisor: Prof. Li Hui Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Structure Engineering Affiliation: School of Civil Engineering Date of Defense: July, 2014 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 万方数据 哈 哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文 摘 要 海 洋 中 存 在 风 能 、 波 浪 能 等 多 种 可 再 生 资 源 。数 值 浪 槽 是 评 估 人 工 俘 能 装 置 在 恶 劣 海 洋 环 境 下 安 全 性 的 重 要 工 具 。其 中 结 合 有 限 体 积 法 (FVM) 与流 体 体 积 法 (V O F)的 数 值 浪 槽 ，通 过 对 纳 维 -斯 托 克 斯 方 程 的 直 接 求 解 ，可 以 考 虑 流 体 的 粘 性 ， 并 有 能 力 模 拟 波 浪 破 碎 以 及 风 浪 相 互 作 用 等 复 杂 过 程 。本文 采 用 了 这 一 数 值 离 散 方 案 ，结 合 势 流 理 论 完 成 了 数 值 造 波 ， 通 过 建 立 的 数 值 浪 槽 研 究 了 波 浪 的 运 动 规 律 ，并 通 过 与 海 上 风 机 计 算 程 序 的 连 接 ， 把数值浪 槽 生 成 的 完 全 非 线 性 波 浪 应 用 于 海 上 风 机 的 波 浪 力 计 算 中 。 本 文 首 先 进 行 了 数 值 浪 槽 的 建 立 ， 以 及 对 于 规 则 波 的 模 拟 与 验 证 。将 势 流 理 论 得 到 的 解 析 结 果 作 为 数 值 造 波 的 理 论 依 据 ， 分 别 使 用 速 度 入 口 法 和 运 动 物 体 法 两 种 方 式 造 波 ， 使 用 人 工 阻 尼 区 进 行 远 端 消 波 。在 有 限 长 度 的 二 维 数 值 浪 槽 中 进 行 了 规 则 波 的 模 拟 与 验 证 。 使 用 数 值 浪 槽 的 结 果 分 析 了 规 则 波 的 水 平 速 度 沿 竖 向 截 面 分 布 规 律 ， 验 证 了 Wheeler展 开 理 论 对 于 波 峰 所 在 竖 向 截 面 的 速 度 修 正 方 法 。 随 后 使 用 运 动 物 体 法 对 数 值 浪 槽 进 一 步 发 展 ， 完 成 了 不 规 则 波 的 模 拟 与 验 证 。模 拟 了 由 于 不 规 则 波 的 不 同 频 率 成 分 在 波 浪 表 面 局 部 区 域 聚 焦 而 产 生 水 粒 子 速 度 过 大 从 而 发 生 波 浪 破 碎 的 过 程 。 对 于 自 然 界 中 存 在 的 风 浪 联 合 环 境 ， 本 文 进 行 了 稳 定 风 与 规 则 波 下 风 浪 相 互 作 用 的 初 步 探 讨 ， 发 现 了 稳 定 风 会 降 低 规 则 波 波 幅 的 现 象 ，并 从波浪表 面 压 力 不 均 匀 分 布 的 角 度 对 波 高 降 低 现 象 进 行 了 定 量 分 析 。 最 后 ， 作 为 数 值 浪 槽 与 工 程 应 用 相 结 合 的 示 例 ， 本 文 将 数 值 浪 槽 得 到 的 完 全 非 线 性 不 规 则 波 浪 应 用 于 固 定 单 桩 式 近 海 风 机 的 波 浪 力 计 算 中 ， 发 现 传 统 的 波 浪 模 型 可 能 会 低 估 波 浪 荷 载 。 关 键 词 ：数 值 浪 槽 ； 流 体 体 积 法 ；海 上 风 机 ；风 浪 联合 作用 -I - 万方数据 哈 哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文 Abstract There are several kinds of renewable energy resources in ocean, such as wind and wave energy. The numerical wave tank(NWT) is an important tool to evaluate security perfo