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基于全非线性层析水波理论的波群时历模拟研究

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水动力学研究与进展（A辑） 2023年第1期38卷 18-25页

作者：马山张祖妍赵彬彬段文洋丰思鑫哈尔滨工程大学船舶工程学院流体力学研究所哈尔滨150001

为了研究波群作用下的船舶参数激励横摇特性,该文引入了高阶无旋层析水波理论(HLIGN)开展波群的数值模拟研究。结合C11集装箱船顶浪不规则波参数横摇模型试验的测试数据,选取目标波群样本,通过二阶非线性造波理论获得了波群造波水池试... 详细信息

为了研究波群作用下的船舶参数激励横摇特性,该文引入了高阶无旋层析水波理论(HLIGN)开展波群的数值模拟研究。结合C11集装箱船顶浪不规则波参数横摇模型试验的测试数据,选取目标波群样本,通过二阶非线性造波理论获得了波群造波水池试验结果。利用全非线性波浪模型对波群进行数值模拟,给出了波群模拟时的造波边界设置和计算参数设置方法,并通过与物理造波结果对比发现,HIGN波浪模型对波群模拟有较高的精度,可很好地模拟波群的非线性传播特性。

关键词：全非线性波浪模型波群模拟层析水波理论二阶非线性造波理论

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基于深水层析水波理论的波前特性研究

中国造船 2020年第S02期61卷 83-90页

作者：张明豪刘娟徐杨赵彬彬段文洋哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 北京应用气象研究所北京100029

对周期性规则波的研究主要集中在周期性变化的区域,而对波前的研究很少,对波前的认识有待深入.造波时,在波前区域,最前方的波浪波长会演化,波幅越来越小,波长越来越长.为了准确计算波前区域各种不同频率成分的瞬态波,论文应用多特征波... 详细信息

对周期性规则波的研究主要集中在周期性变化的区域,而对波前的研究很少,对波前的认识有待深入.造波时,在波前区域,最前方的波浪波长会演化,波幅越来越小,波长越来越长.为了准确计算波前区域各种不同频率成分的瞬态波,论文应用多特征波数的新型线性深水层析水波理论在时域进行数值模拟,开展收敛性分析和得到收敛的结果后,对线性波前进行分析,并与线性解析解对比.研究表明线性深水层析水波理论的计算精度高,可对波前区域准确模拟.然后采用多特征波数的新型非线性深水层析水波理论对3种非线性波浪进行模拟,考察非线性对波前的影响.

关键词：波前深水波层析水波理论数值模拟非线性

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层析水波理论最新研究进展

层析水波理论最新研究进展

第三十一届全国水动力学研讨会

作者：赵彬彬段文洋哈尔滨工程大学船舶工程学院

强非线性层析水波理论最近十年来得到了快速发展。层析水波理论以连续性方程和欧拉方程为出发点,引入合理的速度场假设,准确满足瞬时非线性自由面条件,可以对大幅表面波和内波进行快速准确模拟。在大幅表面波研究方面,提出了深水新型层... 详细信息

强非线性层析水波理论最近十年来得到了快速发展。层析水波理论以连续性方程和欧拉方程为出发点,引入合理的速度场假设,准确满足瞬时非线性自由面条件,可以对大幅表面波和内波进行快速准确模拟。在大幅表面波研究方面,提出了深水新型层析水波理论,开展了深水非线性不规则波的短期统计研究。在大幅内波研究方面,提出了层析内波理论,对三层常密度流体间的大幅内波开展了数值模拟研究。并开展了表面波和内波的物理试验研究,对数值结果进行了验证。

关键词：层析水波理论大幅表面波大幅内波波浪短期统计三层流体间内波

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层析水波理论核心速度假设的合理性验证研究

层析水波理论核心速度假设的合理性验证研究

第三十一届全国水动力学研讨会

作者：李明杰赵彬彬段文洋哈尔滨工程大学船舶工程学院流体力学研究所

层析水波理论目前在波、流、地形相互作用研究方面取得了一定的进展。层析水波理论准确满足自由面边界条件,可以对强非线性水波进行准确模拟。层析水波理论以欧拉方程为出发点,唯一引入的假设是流体质点速度沿垂向变化的形状函数。本研... 详细信息

层析水波理论目前在波、流、地形相互作用研究方面取得了一定的进展。层析水波理论准确满足自由面边界条件,可以对强非线性水波进行准确模拟。层析水波理论以欧拉方程为出发点,唯一引入的假设是流体质点速度沿垂向变化的形状函数。本研究为了验证层析水波理论核心速度假设的合理性,开展了强非线性规则波的数值模拟研究。将层析水波理论的结果与全非线性流函数波浪理论的结果进行了对比,结果表明层析水波理论模拟的波速、波形和速度场都是非常准确的。另外,首次对层析水波理论的压力场模拟精度进行了研究,结果表明压力场的模拟精度也很高,验证了层析水波理论核心速度假设的合理性。

关键词：层析水波理论流函数波浪理论强非线性波规则波压力场

表面波和内波的FLUENT软件和层析水波理论数值模拟精度对比研究

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表面波和内波的FLUENT软件和层析水波理论数值模拟精度对比研究

第三十一届全国水动力学研讨会

作者：莫唐健赵彬彬段文洋哈尔滨工程大学船舶工程学院

FLUENT等CFD商业软件在船舶与海洋结构物的水动力性能分析评估上具有很好的鲁棒性,然而在计算入射表面波和内波传播过程中存在较大的数值耗散。波浪传播问题可以采用层析水波理论等高效水波模型进行计算。为了证明层析理论在表面波和内... 详细信息

FLUENT等CFD商业软件在船舶与海洋结构物的水动力性能分析评估上具有很好的鲁棒性,然而在计算入射表面波和内波传播过程中存在较大的数值耗散。波浪传播问题可以采用层析水波理论等高效水波模型进行计算。为了证明层析理论在表面波和内波方面的模拟精度和计算效率远远高于FLUENT商业软件,开展研究。首先使用FLUENT商业软件模拟规则表面波,与层析水波理论结果进行对比。然后,再使用FLUENT商业软件模拟两层流体间内波,与层析内波理论进行对比。通过对比,表明层析理论在表面波和内波模拟方面的计算精度和计算效率远高于商业软件FLUENT。

关键词： FLUENT 表面波内波层析水波理论层析内波理论

基于FLUENT的二维表面波和内波的粘流CFD软件造波方法及计算策略研究

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基于FLUENT的二维表面波和内波的粘流CFD软件造波方法及计算策略...

作者：莫唐健哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

21世纪是海洋的世纪,人们逐步把目光转向海洋。为了保证各种深海作业设备设施的安全性,首先必须对各种波浪环境输入进行准确高效的模拟。数值水池技术应运而生且随着CFD理论的发展和科学技术的突破日渐成熟。而基于粘流CFD方法的各种商... 详细信息

21世纪是海洋的世纪,人们逐步把目光转向海洋。为了保证各种深海作业设备设施的安全性,首先必须对各种波浪环境输入进行准确高效的模拟。数值水池技术应运而生且随着CFD理论的发展和科学技术的突破日渐成熟。而基于粘流CFD方法的各种商业软件的出现进一步推动了数值水池技术的发展。使用CFD商业软件一般需要一定的使用经验和模拟技巧才能得到较好的结果。为了给出粘流CFD方法数值模拟表面波和内波的具体模拟策略及相关经验参数,基于FLUENT软件开展本论文的研究。首先开展表面波的数值模拟,包括规则波、长峰不规则波和聚焦波。使用FLUENT软件模拟规则波,重点探讨网格尺寸、消波区、消波函数等各类因素对计算结果的影响,通过与流函数波浪理论计算结果和层析水波理论计算结果对比给出推荐的经验参数和模拟策略。接着基于推荐的经验参数和模拟策略直接开展长峰不规则波和聚焦波的数值模拟,对比验证参数和策略的正确性。最后开展规则波物理实验,将基于推荐的经验参数和模拟策略的FLUENT数值结果与物理实验结果进行对比验证。结果表明,采用推荐的经验参数和模拟策略可保证足够高的计算精度。接着开展两层流体间内波的数值模拟,重点研究内波波形及波峰下水平速度,通过与层析内浪理论结果对比给出推荐的经验参数和模拟策略。接着基于推荐的经验参数和模拟策略开展不同上下层密度下内波的数值模拟验证。最后开展两层流体间内波的物理实验,将基于推荐的经验参数和模拟策略的FLUENT数值结果与物理实验结果进行对比验证。通过对比验证表明,采用本文推荐的经验参数和模拟策略能够有效描述两层流体间内波。

关键词： CFD 表面波内波层析水波理论层析内波理论

浅水波流相互作用及对小尺度直立柱体载荷的影响研究

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浅水波流相互作用及对小尺度直立柱体载荷的影响研究

作者：杨婉秋哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

在近海存在着潮流、风成流等各种形式的水流,波流相互作用在河口、海湾等领域非常普遍。水流的存在导致波浪在传播过程中发生变形,同时其波浪参数和速度场等也会发生改变,因此波流相互作用的研究对于模拟实际的海况和设计海洋建筑物至... 详细信息

在近海存在着潮流、风成流等各种形式的水流,波流相互作用在河口、海湾等领域非常普遍。水流的存在导致波浪在传播过程中发生变形,同时其波浪参数和速度场等也会发生改变,因此波流相互作用的研究对于模拟实际的海况和设计海洋建筑物至关重要。本文对周期波与均匀流、周期波与线性剪切流、孤立波与线性剪切流的相互作用进行了时域模拟。使用层析水波理论对波形、波峰下沿水深方向的水平速度分布进行计算。采用有限差分法对层析波浪模型进行求解,应用五点中心差分法进行空间离散,时间步进采用具有四阶精度的Adams预测-校正法。使用Morison方程对小尺度直立柱体进行波流载荷的计算。通过与其他波浪理论结果进行对比,发现对于周期性规则波与均匀流/线性剪切流,孤立波与线性剪切流,各种强弱非线性波与强弱流相互作用的波流场中的波形、速度场、小尺度直立柱体的波流载荷,层析水波理论均能进行准确的求解。同时对于涡量的计算,波浪与涡量为零的均匀流相互作用时,涡量不变,仍为零。波浪与涡量为常数的线性剪切流相互作用时,涡量不变,仍为常数。波浪与涡量为线性变化的非线性剪切流相互作用时,涡量改变,为非线性变化。

关键词：波流相互作用层析水波理论 Morison方程非线性波

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基于自由面风压扰动方法的强非线性波浪模拟

基于自由面风压扰动方法的强非线性波浪模拟

第三十一届全国水动力学研讨会

作者：徐杨赵彬彬段文洋梁辉哈尔滨工程大学船舶工程学院流体力学研究所

在波浪数值模拟中,通常采用速度入口造波法、摇板造波法等实现造波功能。而实际海洋中,主要是风压扰动和摩擦产生海浪。这里暂不考虑风的摩擦作用,主要研究自由面风压扰动方法来实现造波功能。在自由面的风压扰动区内,风压强度随空间变... 详细信息

在波浪数值模拟中,通常采用速度入口造波法、摇板造波法等实现造波功能。而实际海洋中,主要是风压扰动和摩擦产生海浪。这里暂不考虑风的摩擦作用,主要研究自由面风压扰动方法来实现造波功能。在自由面的风压扰动区内,风压强度随空间变化形式假设为多项式变化,通过线性波浪理论,首先推导了相应的传递函数,建立了波幅与风压区最大风压强度和风压区长度的关系。对于线性规则波数值模拟问题,采用线性层析水波理论进行模拟,并将模拟结果与线性波浪理论的结果进行对比,证明传递函数的正确性。进而,对强非线性规则波进行了数值模拟,并将强非线性层析水波理论的结果与全非线性流函数波浪理论进行比较,二者吻合良好。表明本文给出的自由面风压扰动方法来实现造波功能是有效的。

关键词：风压扰动层析水波理论强非线性波浪规则波流函数波浪理论