基于Fluent软件二维数值波浪水槽的研究

该文利用Fluent软件,采用VOF(流体体积)法,基于N-S方程和RNGΚ?ε湍流模型,通过C语言进行二次开发,模拟二维数值波浪水槽,并与理论结果对比验证数值水槽的准确程度,进而在数值波浪场中放置潜堤结构物,将模拟的数值结果与实测数据进行对比。试验结果验证了Fluent软件模拟二维数值波浪水槽及结构物的可行性与有效性,为深入研究数值波浪水槽内结构物的水动力特性奠定了基础。

基于Fluent的二维数值平面造波

使用Fluent软件,结合VOF(VolumeofFluid)方法、N-S方程和RNG流模型,通过对C语言的二次开发,进行了二维数值波浪水槽的模拟。通过与理论结果的比对验证,验证了本文对于椭圆余弦波和Stokes波造波的可行性。

数值模拟推板式波浪水槽的关键参数取值探讨

对于水波问题,属于非定常流动,数值模拟相当耗时.为了解决这个难题,除了采用高性能计算机和并行技术外,需要优选数值模拟中网格尺度和时间步长,它们在提高计算精度和节约计算耗时中起着关键作用.文中假设流动为黏性层流,改变了7种波长方向网格尺度,改变了四种自由面附近波高方向的网格尺度和改变了三种时间步长,对二维推板式波浪水槽中波浪传播展开了数值模拟.数值模拟的精度用数值计算和解析解的波高误差及单位距离波高相对衰减量来衡量.综合考虑计算精度和计算耗时,推荐了较优的网格尺度和时间步长的取值.较优的网格尺度还与单元网格长宽比有关,文中给出了较优网格尺度对应的单元网格长宽比.将推荐取值下数值模拟的时历波形与试验波形进行比较,二者吻合效果良好.

兼具波浪能转换功能的双浮式防波堤性能研究

对具有波浪能转换功能的浮式防波堤性能进行评估。根据VOF技术和有限元空间离散法建立二维数值波浪水槽,在单个圆柱形浮子研究的基础上进一步模拟波浪与双圆柱形浮子之间的相互作用,记录浮子前后的波高,研究阻尼系数对波浪透射系数和波浪能提取效率的影响。结果表明,相比于单浮子系统,阻尼系数对双浮子系统的透射系数和能量提取效率影响更大,后者对阻尼系数的变化更为敏感;在相同波况下,双圆柱形浮子的能量提取效率与单圆柱形浮子的能量提取效率不是简单的2倍关系,二者的比值在研究的范围内始终大于2,这表明浮子之间的相互作用是正面的,有助于能量的提取。

基于one-fluid模型的波浪-浮体相互作用数值模拟研究

文章运用多相流求解器,建立了基于one-fluid方程的二维粘性数值波浪水槽。one-fluid模型中,采用浸入边界法建立了一个广义方程来控制空气、水和刚体的运动。数值离散采用固定笛卡尔网格结合有限体积法,运用Level Set方法捕捉自由液面,采用刚性Heaviside函数识别结构。使用解析松弛法,通过速度边界入口和水槽末端消波技术,实现了不规则波浪的数值模拟。通过与在交通运输部天津水运工程科学研究所大比尺波浪水槽实验室实测的数据比较,验证了数值造波及消波技术的可靠性以及数值模拟结果的精确性。最后,模型中引入刚性结构以探索线性不规则波浪与结构之间的相互作用,并将数值结果与结构水动力分析结果以及前人的数值结果进行了比较。结果表明,文章所建立的数学模型可以准确地预测结构对不规则波的动力响应。

弧墙-浮式防波堤水动力性能数值模拟

为提升浮式防波堤的消波性能,提出一种弧墙-浮式防波堤,基于不可压缩性流体理论和VOF方法,使用计算流体力学软件Star-ccm+建立二维数值模型,并验证数值模型的准确性。应用该数值模型对弧墙-浮式防波堤在不同水平宽度、相对高度及相对波高等条件下的水动力性能进行模拟研究,总结各参数对防波堤透射系数、反射系数及运动响应的影响规律,识别消波性能最优的防波堤结构参数。结果表明,透射系数随水平宽度的增大而增大,周期小于1.4 s时透射系数能稳定维持在0.6以下;反射系数在周期1.6 s或1.8 s时会有一定程度的减小;运动响应随水平宽度和相对高度的增大而增大。

带异形块体海堤越浪的数值模拟

该文在FLUENT软件平台上,发展了数值消波-造波技术,通过在动量方程里添加多孔介质源项,建立了带有多孔介质模型的二维数值波浪水槽。应用该数值波浪水槽,数值模拟了在斜坡堤坡面上铺设异形块体情况下的越浪过程,给出了越浪量。为了率定异形块体的等效惯性阻力系数,进行了典型工况的物理模型实验,给出了在斜坡堤坡面上不同位置处铺设一层异形块体情况下多孔介质模型的等效阻力系数。

U型振荡水柱波能装置气室内波高影响因素

针对U型振荡水柱波能装置(U-OWC)能量转换效率优化问题,基于不可压缩粘性流体理论和VOF方法建立二维数值波浪水槽,通过与解析解和实验结果进行对比,验证了数值模型的准确性。然后应用该数值模型对U-OWC波能装置气室内波高的影响因素开展研究,分析了气室前墙倾斜角度、气室内底面形状、波面非线性等因素对气室内相对波高的影响。结果表明:前墙倾角对U-OWC水动力特性有着明显的影响,合理调整前墙倾角可使得U-OWC波能装置气室内相对波高明显增大,有利于提高U-OWC波能装置的能量转换效率;高频波作用下,气室内底面增加圆弧可以增大气室内相对波高。

规则波中弧形返浪墙的非线性水动力载荷数值模拟

运用基于FLUENT软件平台的二维数值波浪水槽,采用流体体积(VOF)方法处理波浪自由面,应用"解析松弛"方法实现了数值造波-消波。模拟规则波下不同返浪墙断面形式情况下的流场和水动力。应用直墙驻波理论解和物理模型试验结果验证了数值波浪水槽的可行性。比较波浪力的数值模拟与物理模型试验结果可以发现,水动力冲量的均方差小于水动力最大值的均方差,且水动力冲量的误差也小于水动力最大值,说明以冲量作为特征量能更好地描述水动力载荷的变化。在给定堤顶超高的条件下,不同堤脚超高和弧形返浪墙高度的组合对越浪量有明显影响:低弧趾超高和大半径弧面组合有利于降低越浪量,但水动力载荷也较大;高弧趾超高和小半径弧面组合越浪量较大。

前墙结构对OWC气室捕能效果影响的数值研究

基于不可压缩黏性流体理论和VOF(Volume of Fluid)方法建立了二维数值波浪水槽模型,将模拟波形与波浪理论值进行对比,分析了模型可靠性,并利用该模型研究了5种不同前墙结构OWC气室在不同波高、周期时的出气口速度和气室内空气压强。基于模拟结果,从波能-动能转换效率和气室内空气压强角度分析了前墙结构对OWC气室的捕能效果的影响。结果表明:对于传统的直立型OWC气室,采用合适的前墙结构可有效提高OWC气室的捕能效果;相比三角截面(20D型,30D型)和矩形(Y型)截面前墙,采用椭圆截面(20TY型,30TY型)的前墙结构的捕能效果更优,且在周期较大(1.6和1.8 s)时其作用更显著,其波能-动能转换率相对Y型前墙结构气室平均提升37%;5种前墙结构不同的气室中,20TY型和30TY型前墙结构气室的捕能效果最优。