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主动吸波式造波机造波原理研究

作　者: 蒋颉
导　师: 丁勇
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 流体力学
关键词: 主动吸波造波机面元法数值水池全相位频谱分析
分类号: P715
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

由于对海洋资源的需求越来越来迫切,国内外对海洋工程的研究越来越多。装备传统造波机的水池已经不能满足海洋工程研究的需要。国内外科研机构开始研究具有主动吸波功能的造波机,但是在物理水池中成功地应用还非常少,因此对吸收式造波技术的研究具有十分重要的工程意义。哈尔滨工程大学新建-长×宽×高=50×30×10米的海洋工程实验水池。针对该工程,探讨了主动吸波式造波技术的可行性。本文首先在势流理论和线性微幅波基础上,推导传统造波机造波原理,进一步详细地推导吸收式造波机造波原理。采用面元法,建立了二维线性数值波浪水池,并采用求解边界积分方程校核数值计算精度。通过数值模拟的结果与解析解的比较以及计算边界积分方程表明：计算精度满足要求；数值解和解析解吻合的很好。可以认为该数值波浪水池是适用的。首次采用全相位频谱分析理论作为水动力反馈的理论基础。通过计算机构造信号源,用全相位频谱分析理论分析信号,并且与传统的频谱分析方法比较。试验结果说明：全相位频谱分析能够得到准确的频率、波高、相位。在以上的基础上,把全相位频谱分析和数值波浪水池结合,以全相位频谱分析作为水动力反馈,分别在推板式和摇板式造波机中进行主动吸收式造波数值仿真试验。通过仿真试验表明：采用全相位频谱分析作为水动力反馈,能够有效的减弱波浪的二次反射。为了进一步研究吸收式造波技术,以ITTC单参数谱为目标谱,采用不同的离散方法对二维随机海浪进行了仿真,并对离散的单参数谱所模拟的波高时历进行谱估计,与目标谱比较,吻合得比较好。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 本文研究目的与意义  10-11
  1.2 国内外研究综述  11-14
  1.3 本文主要工作  14-16
第2章主动吸波式造波机造波原理  16-32
  2.1 传统造波机造波原理  16-23
    2.1.1 造波机的形式  16-17
    2.1.2 传统造波机造波理论  17-23
      2.1.2.1 摇板式造波机的系统组成  17-18
      2.1.2.2 摇板摆幅和波高的关系  18-23
  2.2 主动吸波式造波原理  23-31
    2.2.1 基本原理  23-26
    2.2.2 规则波主动吸收造波原理  26-28
    2.2.3 不规则波主动吸收造波原理  28-31
  2.3 本章小结  31-32
第3章波浪生成的数值模拟  32-57
  3.1 二维数值波浪水池的建立与规则波模拟  32-47
    3.1.1 边界积分方程的建立  32-35
    3.1.2 方程的数值离散和求解  35-36
    3.1.3 数值模拟结果  36-47
  3.2 海浪仿真及海浪谱分析  47-55
    3.2.1 海浪特征  48
    3.2.2 二维随机海浪的仿真原理  48-51
    3.2.3 海浪谱密度函数估计  51-55
  3.3 本章小结  55-57
第4章入、反射波浪信号分离  57-69
  4.1 信号分析基本知识  57-60
  4.2 全相位频谱分析及其校正  60-66
    4.2.1 全相位频谱分析的提出  60
    4.2.2 全相位频谱分析理论  60-63
    4.2.3 DFT幅度、相位、频率校正  63-66
  4.3 仿真实例  66-68
  4.4 本章小结  68-69
第5章主动吸波式造波机造波数值仿真  69-82
  5.1 推板式造波机中的数值仿真  69-72
  5.2 摇板式造波机中的数值仿真  72-81
    5.2.1 垂直池壁中的数值仿真  72-76
    5.2.2 斜坡堤中的数值仿真  76-81
  5.3 本章小结  81-82
结论  82-84
参考文献  84-87
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  87-88
致谢  88

主动吸波式造波机造波原理研究

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