波流与结构物相互作用的数值模拟

采用高阶边界元法建立波流与任意形状结构物相互作用的时域数学模型。在小流速假设下,将速度势进行摄动展开,边界条件分解为双物体假设下的零阶波陡稳定问题和一阶波陡下的不稳定波浪问题。物面速度势及自由水面速度势的法向导数等未知量通过求解高阶边界元积分方程得到,而积分方程的求解则通过一个数值程序来实现。在每个时间步上采用四阶Runge-Kutta法更新下一时刻自由水面波面和速度势,自由水面上采用人工阻尼层消除散射波。通过波流与直立圆柱相互作用的数值计算研究了一阶激振力和二阶慢漂力随波数的变化关系以及圆柱周围波幅的分布曲线,并与已有频域结果和时域结果对比验证了所建模型的准确性,进而应用本文模型研究了波流与实际工程结构物相互作用的问题。

基于贴体网格的VOF方法数模流场研究

提出了一种基于VOF方法的模拟具有复杂边界形状结构物附近流场的新算法,BFC-SIMPLE-VOF算法。采用坐标变换方法实现了任意复杂区域的结构化网格划分,在贴体网格下对二维不可压缩粘性流体的控制方程进行了离散。提出了基于交错网格的修正SIMPLE算法来迭代求解压力-速度场,修正了贴体坐标下的界面跟踪方法(VOF方法)。对带有弧形防浪墙的防波堤结构附近的流场和压力场进行了数值计算,并与在笛卡尔坐标网格下采用部分单元体近似描述结构物边界的原算法的计算结果进行了比较分析。

波浪作用下可升降式筏式养殖设施水动力特性数值模拟研究

在极端海况下,可升降式筏式养殖设施能够通过下潜来躲避风浪,降低波浪力作用,减免损失。为研究波浪作用下可升降式筏式养殖设施的水动力特性,采用集中质量法建立了筏式养殖设施漂浮及下潜时的数学模型,采用龙格库塔法对其进行求解,并将数值模拟结果与物理模型试验结果进行比较,二者吻合程度较好且变化趋势相同,表明数值模拟的方法能够较好地模拟可升降式筏式养殖设施的水动力特性。在此基础上,用数值模拟法进一步研究波高和周期变化对浮筏运动特性的影响,以及下潜对浮筏运动和锚绳力的影响。模拟结果显示,不同波高和周期变化对浮筏运动特性产生不同程度的影响,同时浮筏下潜后的运动幅度和锚绳力幅值明显减小。