层化流体中半板造波的内波解

为了形象地说明内波的传播模式,研究给出了内波水槽中由半板造波所形成的内波解。结合Ｖａｅｉｓａｅｌａｅ频率Ｎ（ｚ）＝ｃｏｎｓｔ和简化Ｈｏｌｍｂｏｅ两种密度剖面模式讨论了内波场的传播图案。在内波水槽中成功地形成了上述两种密度剖面,相应的实验印证了本文分析的正确性。     

台阶式变深水槽造波的解析研究

利用特征函数展开法对台阶式变深水槽中推板式造波机造波问题进行了研究,建立了相应速度势和波面的解析表达式。与高阶边界元方法(HOBEM)数值结果进行了对比,验证了本解析解的正确性。通过数值试验,研究了台阶对入射波的影响,同时分析了造波板所在位置(上部台阶)水深、水槽工作区(下部台阶)水深、造波板运动周期和造波板水平位置等因素对生成波浪高度的影响。由此选择合适的造波板所在位置及水深来得到所需要的波浪高度,进而根据需要生成波浪的周期和波幅来反演造波板的运动。     

台阶式变深水槽造波的解析研究台阶式变深水槽造波的解析研究

利用特征函数展开法对台阶式变深水槽中推板式造波机造波问题进行了研究，建立了相应速度势和波面的解析表达式。与高阶边界元方法(HOBEM)数值结果进行了对比，验证了本解析解的正确性。通过数值试验，研究了台阶对入射波的影响，同时分析了造波板所在位置（上部台阶）水深、水槽工作区（下部台阶）水深、造波板运动周期和造波板水平位置等因素对生成波浪高度的影响。由此选择合适的造波板所在位置及水深来得到所需要的波浪高度，进而根据需要生成波浪的周期和波幅 来反演造波板的运动。     

小型内波实验水槽及其供水、造波与量测系统

本文介绍了作者们设计并制造的小型内波实验水槽系统,它包括水槽、双缸法供水系统、造波与消波装置以及量测与显示手段。实验表明,此系统性能良好,可进行内波科研与教学实验。     

带胸墙斜坡堤越浪量的数值试验研究

采用黏性流体的连续性方程、雷诺时均N-S方程作为基本控制方程,RNG k-ε模型模拟湍流效应,VOF方法捕捉流体自由表面,结合主动吸收式造波理论,借助FLUENT软件建立二维不规则波数值水槽。在验证数值水槽造波性能的基础上,数值模拟带胸墙斜坡堤的越浪,并将数值计算的平均越浪量与已有物模试验值进行对比,两者趋势一致,吻合良好;表明该数值水槽模拟不规则波作用带胸墙斜坡堤越浪的准确性。针对带胸墙斜坡堤,藉此分析了堤顶超高、斜坡坡比、坡肩宽度及坡肩高度对其平均越浪量影响的规律性,研究成果对斜坡堤工程设计具有重要的参考意义。     

基于物理造波和主动消波的黏性数值波浪水槽开发

基于推板造波理论和摇板造波理论,在Open FOAM平台上采用重叠网格技术建立黏性数值波浪水槽,并使用一种结合SIMPLE算法和PISO算法的PIMPLE算法对数值模型进行求解。利用开发的数值模型通过数值收敛性测试和网格独立性测试分别重点研究了时间步长、库朗数和网格尺寸对数值精度和计算效率的影响。并对比研究了此数值模型分别嵌入层流模型和湍流模型的计算精度和计算效率。实现的规则波和二阶有限振幅波与理论结果和试验结果吻合,验证了此黏性数值波浪水槽的造波和主动消波功能。基于二维数值波浪水槽,进一步研究了三维数值造波,数值计算结果与理论结果吻合良好。研究结果不仅验证了重叠网格在二维和三维两相流体域中求解运动物体与流场交互的可靠性和正确性,而且为使用此黏性数值波浪水槽解决更复杂的海洋工程问题提供了依据。     

内孤立波数值模拟方法研究

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。     

垂荡式波浪能装置运动模型数值分析

垂荡式波浪能装置在海洋可再生能源开发中被广泛应用,通过浮子与摇杆在垂荡方向的相对运动吸收波浪能。在以往相关的运动预报数值分析中,通常基于微幅波假设,仅考虑浮子与摇杆在垂荡方向的运动,忽略摇杆其他自由度运动。建立并求解了垂荡式波浪能装置的非线性联合运动方程组,分析垂荡式波浪能装置的波浪载荷、浮子与平台连接处的受力情况。数值计算系统的运动响应,并将计算结果与已有的试验数据进行比较验证,结果表明数值模拟的垂荡式波能装置的运动响应与试验结果相符合。最后,应用本计算方法分析PTO(power take-off)参数对波能装置发电性能的影响。     

斜坡堤波浪爬高和越浪数值模拟

基于FLUENT软件,采用k-ε湍流模型和VOF方法追踪自由表面,由连续性方程和动量方程推导出源函数,根据数值水槽各个区段的功能设置,借助其UDF二次开发功能,实现无反射的源造波,在验证水槽两端消波有效性的基础上,数值模拟规则波在不可渗透斜坡堤上的波浪爬高和越浪。通过与物模试验研究成果相对比,表明建立的数值水槽具有高效性和较高精度,可供实际工程参考应用。     

数值水槽内的阻尼消波和波浪变形计算

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。