數(shù)值浪槽的建立與應(yīng)用研究.pdf

1、海洋中存在風(fēng)能、波浪能等多種可再生資源。數(shù)值浪槽是評(píng)估人工俘能裝置在惡劣海洋環(huán)境下安全性的重要工具。其中結(jié)合有限體積法(FVM)與流體體積法(VOF)的數(shù)值浪槽，通過對(duì)納維-斯托克斯方程的直接求解，可以考慮流體的粘性，并有能力模擬波浪破碎以及風(fēng)浪相互作用等復(fù)雜過程。本文采用了這一數(shù)值離散方案，結(jié)合勢(shì)流理論完成了數(shù)值造波，通過建立的數(shù)值浪槽研究了波浪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并通過與海上風(fēng)機(jī)計(jì)算程序的連接，把數(shù)值浪槽生成的完全非線性波浪應(yīng)用于海上風(fēng)機(jī)的

2、波浪力計(jì)算中。
　　本文首先進(jìn)行了數(shù)值浪槽的建立，以及對(duì)于規(guī)則波的模擬與驗(yàn)證。將勢(shì)流理論得到的解析結(jié)果作為數(shù)值造波的理論依據(jù)，分別使用速度入口法和運(yùn)動(dòng)物體法兩種方式造波，使用人工阻尼區(qū)進(jìn)行遠(yuǎn)端消波。在有限長(zhǎng)度的二維數(shù)值浪槽中進(jìn)行了規(guī)則波的模擬與驗(yàn)證。使用數(shù)值浪槽的結(jié)果分析了規(guī)則波的水平速度沿豎向截面分布規(guī)律，驗(yàn)證了Wheeler展開理論對(duì)于波峰所在豎向截面的速度修正方法。
　　隨后使用運(yùn)動(dòng)物體法對(duì)數(shù)值浪槽進(jìn)一步發(fā)展，完成了不

3、規(guī)則波的模擬與驗(yàn)證。模擬了由于不規(guī)則波的不同頻率成分在波浪表面局部區(qū)域聚焦而產(chǎn)生水粒子速度過大從而發(fā)生波浪破碎的過程。
　　對(duì)于自然界中存在的風(fēng)浪聯(lián)合環(huán)境，本文進(jìn)行了穩(wěn)定風(fēng)與規(guī)則波下風(fēng)浪相互作用的初步探討，發(fā)現(xiàn)了穩(wěn)定風(fēng)會(huì)降低規(guī)則波波幅的現(xiàn)象，并從波浪表面壓力不均勻分布的角度對(duì)波高降低現(xiàn)象進(jìn)行了定量分析。
　　最后，作為數(shù)值浪槽與工程應(yīng)用相結(jié)合的示例，本文將數(shù)值浪槽得到的完全非線性不規(guī)則波浪應(yīng)用于固定單樁式近海風(fēng)機(jī)的波浪力計(jì)算