基于球式动量源的波浪特性表征

作     者：邱强 

作者单位：大连海事大学 

学位级别：硕士

导师姓名：侯交义

授予年度：2020年

学科分类：081505[工学-港口、海岸及近海工程] 07[理学] 0707[理学-海洋科学] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0814[工学-土木工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：球式动量源 数值水池 波的叠加原理 水池造波试验 

摘      要：随着国家对海洋领域研究的逐渐深入,各国专家及学者在数值水池和实验室造波水池方面取得的成就越来越多。良好的数值模拟能为实验室水池,海洋工程和海岸工程等建造提供前期基础,波浪是其中的一个主要因素。本文首先介绍了数值水池以及实验室水池的发展与现状,介绍了波浪的相关理论和流体的控制方程,在此基础上验证了数值方法的正确性,进行了基于球式动量源的数值模拟与水池试验。传统的造波水池多以推板式为主,建造成本高,操作复杂,需要对水池进行大规模的改造。以球式动量源（造浪球）为造波源的波浪水池结果简单,操作方便,能够实现多种形式的波浪模拟。本文建立以球式动量源为造波源的数值水池进行相关问题的模拟与研究,包括以下几方面:（1）建立二维基于球式动量源的数值造波水池,研究波浪的生成、传播与叠加,分析波浪参数特性,分析不同动量源直径,不同淹没比对波浪参数的影响以及同一位置不同水深的流速规律。在单动量源模型中,球式动量源生成的波浪波高变化具有不规则性,周期稳定与动量源运动周期相等。动量源运动峰值速度一定时,运动周期越大,平均波高越大;动量源直径与平均波高呈线性关系;淹没比影响波浪的不规则性;不同水深的流速不同。在双单动量源模型中,波浪叠加符合波的叠加原理。（2）建立三维基于球式动量源的数值造波水池,研究波浪的生成与叠加。在单动量源模型中,球式动量源生成的波浪波高变化具有不规则性,周期稳定,平均周期动量源运动周期相等。动量源运动周期一定时,运动的峰值速度越大,平均波高越大。在双单动量源模型中,波浪叠加符合波的叠加原理。（3）本文进行球式动量源（造浪球）水池造波试验,试验中使用非接触式声学波高仪进行波浪参数的采集,试验结果显示:造浪球成的波浪波高变化具有不规则性,周期稳定;单双造浪球试验结果与波的叠加原理相符。基于球式动量源的数值水池模拟结果与试验结果具有一致性的规律,具有较满意的结果,为新的造波方法和海洋环境模拟技术提供了指导与借鉴,具有重要的意义。