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基于高阶边界元的无反射数值波浪水池研究

作　者: 张天宇
导　师: 段文洋
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 流体力学
关键词: 无反射边界条件人工阻尼多次透射公式边界元数值波浪
分类号: O353.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 56次
引　用: 1次
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内容摘要

在开边界的海洋结构物水动力计算中,远方辐射条件一直是人们所关注的问题,亦是难以解决的一个问题。有效并准确的建立一个无反射边界条件就成为水动力计算中亟待解决的一个问题。本文采用高阶边界元的方法,自由面边界条件采用混合欧拉-拉格朗日(MEL)观点,利用计算机高级语言Fortran90分别建立了二维线性和全非线性两个数值波浪水池。对于远方辐射条件,本文将基于多次透射公式的人工边界条件应用于线性及全非线性数值波浪中,此人工边界条件能够有效的吸收线性及非线性数值波浪,但此人工边界条件有其局限性,仅能够有效吸收低频波浪。而人工阻尼区方法能够有效消除高频波浪,却不能有效吸收低频长波,增加阻尼区长度能够解决这一问题,但计算时间却大幅增加,这在三维计算中尤为明显。因此本文针对包含了高频和低频的不规则波,提出耦合人工边界条件与人工阻尼区的方法,从而得到了一个新的有效而精确的无反射边界条件。基于多次透射公式的人工边界条件在二维全非线性数值波浪中的应用,以及耦合阻尼区方法在不规则波中的应用,在国际上均属首创。本文对几个消波方法进行了详尽的分析和讨论,最终得到了几种消波方法各自的计算参数和适用条件。从而解决了海洋结构物水动力计算中开边界的难题。最后本文以哈尔兵工程大学拖曳水池为对象,建立了一个二维摇板数值波浪水池,并对两个典型的强非线性波浪进行了模拟研究。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-15
  1.1 研究背景及意义  10-11
  1.2 数值造波及数值消波概述  11-14
    1.2.1 数值造波  11-12
    1.2.2 数值消波  12-14
  1.3 本文的主要研究内容  14-15
第2章数学模型和理论基础  15-28
  2.1 控制方程及边界条件  15-17
  2.2 数值过程  17-25
    2.2.1 边界元法求解的基本原理  17-19
    2.2.2 时间步进模式  19-20
    2.2.3 自由面的光顺处理  20-24
    2.2.4 计算精度校核  24-25
  2.3 全非线性受力公式  25-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章无反射边界条件  28-57
  3.1 人工边界条件  28-33
    3.1.1 人工边界条件概述  28-29
    3.1.2 透射理论及透射公式  29-32
    3.1.3 漂移失稳机理和消除措施  32-33
  3.2 人工阻尼区  33-35
  3.3 数值结果  35-56
    3.3.1 单色波的数值时域模拟  35-47
    3.3.2 不规则波的数值时域模拟  47-56
  3.4 本章小结  56-57
第4章数值波浪水池及其应用  57-67
  4.1 数值波浪水池  57-59
  4.2 数值水池的应用  59-66
    4.2.1 孤立波的模拟  59-63
    4.2.2 畸形波的模拟  63-66
  4.3 本章小结  66-67
结论  67-69
参考文献  69-72
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  72-73
致谢  73

基于高阶边界元的无反射数值波浪水池研究

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