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波浪沿倾斜堤岸传播的数值研究

作　者: 魏泽
导　师: 高高
学　校: 武汉理工大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 高阶面元法数值造波 FLUENT 波浪变形
分类号: U661.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 64次
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内容摘要

水路运输高速化和船舶大型化是现代水路运输发展的趋势。目前,国内已经投入营运的高速船舶的航行性能有一个很普遍的问题,那就是尾浪过高。过高的尾浪会掀翻小船、引起岸滩剥蚀、堤脚掏空、危及水工建筑安全等。怎样降低高速船的尾浪已经越来越受船舶工程界及航运部门的关注。在限制水域中,航行尾浪小已经成为高速船舶和大型船舶正常航行的必要条件之一。本文以近域高阶面元法计算、远域商业软件计算相结合,构建一种船行波沿倾斜坡岸传播的近、远域相结合算法的初步框架。本文使用基于NUBRS的高阶Rankine源法对船舶近场兴波问题进行数值计算。选取高速Wigley船型和NPL船型为计算算例,对深水、浅水状态下的Wigley船型和NPL船型的尾浪进行了数值计算。文中利用较成熟的商业软件FLUENT,使用VOF方法求解Navier--Stokes方程,对数值造波进行了初步探讨。采用UDF宏设置造波边界条件的纯数值造波方法生成了在二维数值水池中正向传播的规则波,此外对规则波沿倾斜坡岸传播的情况进行了初步模拟。数值计算值与近似理论值相差不大。本文所做的工作为进一步研究船舶尾浪对堤岸的影响积累了一定的经验。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题研究的目的和意义  8-11
  1.2 国内外有关研究现状及动态  11-13
  1.3 本文主要研究内容概述  13-14
  1.4 本文创新及特色  14-15
第2章船舶兴波问题的数值计算  15-36
  2.1 概述  15-16
  2.2 控制方程及定解条件  16-17
  2.3 兴波速度势的计算(Rankine源法)  17-19
    2.3.1 Rankine法基本方程  17-18
    2.3.2 自由面奇点上置  18-19
    2.3.3 辐射条件的满足  19
  2.4 离散方程组的建立  19-21
  2.5 深水条件下的船舶近场兴波计算  21-28
    2.5.1 深水wigley单体船近场兴波计算  21-24
    2.5.2 深水NPL单体船近场兴波计算  24-28
  2.6 浅水问题  28-33
  2.7 船波沿倾斜堤岸传播问题的工程背景  33-34
  2.8 远、近域耦合法数值模拟的基本思路  34-35
  2.9 本章小结  35-36
第3章边界造波法研究  36-51
  3.1 控制方程  36-38
    3.1.1 质量守恒方程  36-37
    3.1.2 动量守恒方程  37-38
  3.2 自由表面的处理方法  38-40
  3.3 网格生成  40-41
  3.4 数值解法  41-42
  3.5 PISO算法  42-43
  3.6 UDF概述  43-44
  3.7 边界造波法概述  44
  3.8 计算模型和网格划分  44-45
  3.9 计算参数与边界条件设置  45-46
  3.10 计算结果及分析  46-50
  3.11 本章小结  50-51
第4章波浪沿倾斜坡岸传播的数值模拟  51-62
  4.1 数值方法  51-52
  4.2 算例一  52-56
    4.2.1 计算模型和网格划分  52-53
    4.2.2 计算参数与边界条件设置  53-55
    4.2.3 线性波传播过程计算  55-56
  4.3 算例二  56-59
  4.4 算例三  59-61
  4.5 本章小结  61-62
第5章总结与展望  62-64
  5.1 本文总结  62
  5.2 本文展望  62-64
参考文献  64-67
致谢  67-68
攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目  68

波浪沿倾斜堤岸传播的数值研究

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