聚焦波与超大型浮体作用的非线性数值模拟

利用高阶边界元方法建立模拟聚焦波浪与弹性浮板作用的完全非线性二维时域数值水槽模型,其中指定2阶Stokes速度解析解产生聚焦波;采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体和结构表面变化,再利用梁自由振动的自然模态函数近似流固交界面的瞬时位移;使用4阶Runge-Kutta法更新水面及浮板位移和速度势.对比发现,该数学模型可以准确地模拟浮板在波浪作用下的水弹性响应和所期望的聚焦波浪.并进一步研究了浮板摆放条件、浮板厚度、聚焦波频率带宽和入射波幅对浮板水弹性响应的影响.

波流与不均匀海域上浮式弹性板相互作用的非线性数值模拟

波流混合作用下浮式弹性板的水弹性响应属于非线性范畴,尤其当波流传递到不均匀海底时,这种非线性行为更为复杂,因而采用完全非线性分析技术是唯一可能获得浮板精确水弹性响应的方法。采用高阶边界元法建立模拟波流与变水深海底上浮板相互作用的时域完全非线性二维数值水槽;将Euler-Bernoulli-von Karman非线性梁模型加入到流固交界面的动力学边界条件中实现波流与浮板耦合作用,运用4阶Runge-Kutta法并联合混合欧拉-拉格朗日方案对瞬时自由水面和流固交界面进行更新;为获得浮板位移的空间各阶导数,使用一系列模态振型函数来近似当前时刻浮板的垂向位移,并利用Galerkin方法求解各阶模态主坐标。通过与无网格数值已知算法结果进行比较,验证了数值模型的可行性和准确性;进一步研究水流及不均匀海底的存在对浮板非线性水弹性响应产生的影响;最后探讨了不同流速对浮板高阶谐位移的影响规律。

兼具波能转换与减振作用的OWSC-VLFS集成系统的水动力性能研究

摆式波能装置与超大型浮体集成系统在间隙流体共振作用下其浮式弹性板的水弹性响应和波能装置的水动力性能属于非线性范畴,尤其当非线性多体相互作用时,这种非线性行为更加复杂,因此采用完全非线性分析技术是唯一可获得浮板精确水弹性响应以及波能装置俘获效率的方法。本文利用计算流体软件耦合有限元方法建立模拟摆式波能装置与超大型浮体相互作用的完全非线性三维时域数值水槽模型;将弹性板模型加入到流固耦合交界面,对流体结构相互作用进行建模并对超大型浮体进行离散,再利用数据交互实现耦合计算;采用有限体积法对Navier-Stokes控制方程进行空间离散,使用流体体积法追踪流体与空气两相之间的自由界面变化。结果表明:浮板中线各点处的垂向位移随摆板水下深度的增加而减小,而摆板俘获效率随其水下深度的增加而增大;波幅的增加会加剧波浪的非线性作用,当波幅增加时,集成系统中浮板的水弹性响应明显减小,摆板的俘获效率逐渐降低。