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基于TensorFlow向量化的浸入边界法在流固耦合问题中的应用

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基于TensorFlow向量化的浸入边界法在流固耦合问题中的应用

作者：方舟华浙江大学

学位级别：硕士

流固耦合问题(fluid-solidinteraction,FSI)广泛存在于海岸工程领域,如桥墩冲刷、物体入水以及海上浮式平台等。随着计算机性能的逐步提升和计算流体力学(computational fluiddynamics,CFD)的不断发展,数值模拟已经成为研究流固耦合问... 详细信息

流固耦合问题(fluid-solidinteraction,FSI)广泛存在于海岸工程领域,如桥墩冲刷、物体入水以及海上浮式平台等。随着计算机性能的逐步提升和计算流体力学(computational fluiddynamics,CFD)的不断发展,数值模拟已经成为研究流固耦合问题的重要方式,尽管如此,高效且精确模拟复杂运动边界下的流动现象仍是一个不小的挑战。基于笛卡尔网格系统的浸入边界法(immersed boundary method,IBM)无需贴合边界,网格生成简单,相较于贴体网格有着更高的效率,近些年来已经成为研究此类现象的主要方法。本文以不可压缩Navier-Stocks方程作为流体的控制方程,使用cip-ZJU(Constrained Interpolation Profile method in Zhejiang University)模型进行离散求解,采用基于虚拟单元(ghostcell)的浸入边界法处理流固耦合问题,并提出一种“六点插值法”进行改进确保边界处的二阶精度。为了提升模型的计算效率,本文采用TensorFlow作为向量计算工具,使用卷积算子提取流场局部信息,并能在CPU和GPU等设备上实现大规模本地、分布式计算,大大提升了计算效率。首先使用顶盖驱动方腔流算例验证数值模型的精度和效率,结果显示模型具备二阶精度,计算效率相较于原cip-ZJU模型最大提升20倍以上。随后对静止圆柱绕流问题进行了收敛性分析,并在Re = 100,质量比M*= 10条件下的单圆柱涡激振动现象进行模拟,与前人的结果吻合较好。文中对圆柱的振幅、振动频率和受力情况等做了初步的分析,折合速度Ur=4-8时,圆柱进入“锁定区间”,最大振幅出现在Ur=4.9处,达到了 0.6D,锁定区间外的振幅则保持较低的水平。最后对圆柱入水问题进行了研究。在水平圆柱常速入水问题中,通过收敛性验证为圆柱自由入水问题选取了合适的网格和时间步长,将计算得到垂向冲击力与实验结果及前人的数模结果进行了比较,结果吻合较好,验证了本文模型在处理复杂流固耦合问题时的精度。随后分析了入水速度对垂向冲击力、自由面和压力场的影响,最后分析了零浮力圆柱和半浮力圆柱垂向自由入水过程中入水深度和速度、自由面和压力场的变化,发现圆柱常速入水过程中入水速度越大垂向冲击力系数越小,当圆柱完全没入水中之后冲击力系数几乎保持不变,另一方面随着入水速度的增加,圆柱完全没入水中需要的时间也增加。此外,无论是常速入水还是自由入水,入水过程中圆柱表面的压力峰值点始终位于圆柱的底部。本文的创新点总结如下:(1)使用TensorFlow实现向量化的流场求解器,实现了 CPU和GPU等设备上的大规模本地、分布式计算,大大提升了计算效率;(2)结合深度学习中的特征提取方法,首次在流场求解时使用卷积算子提取梯度、散度等局部特征,相比于循环计算效率最多提升70倍;(3)提出了一种基于虚拟单元的“六点插值”方法对浸入边界法进行改进,在边界处具备二阶精度,并结合cip方法研究了涡激振动和物体入水问题。

关键词：计算流体力学流固耦合物体入水涡激振动 cip方法 TensorFlow 向量化浸入边界法

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孤立波与板式结构物相互作用的数值模拟

孤立波与板式结构物相互作用的数值模拟

作者：王佳东哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

海洋工程结构物在大幅波浪环境中通常会遭遇非常复杂的强非线性水动力现象,对这一过程涉及的物理机理和流场特性的研究是波浪与结构物相互作用问题的关键难点。理论解析对强非线性问题已极难实现,而模型实验又受限于高昂的成本和尺度效... 详细信息

海洋工程结构物在大幅波浪环境中通常会遭遇非常复杂的强非线性水动力现象,对这一过程涉及的物理机理和流场特性的研究是波浪与结构物相互作用问题的关键难点。理论解析对强非线性问题已极难实现,而模型实验又受限于高昂的成本和尺度效应,基于粘性流理论的CFD方法因此被认为更擅长于极端波浪对结构物冲击问题的求解。海洋工程设施中通常含有大量的板式结构,大幅波浪条件下板式结构的破坏机理和流场分布特征目前尚未得到完整的阐释。首先,本文通过求解粘性流N-S方程,在正交笛卡尔坐标系上建立了可处理强非线性问题的多相流数值模型。当前流场求解器采用具有三阶时空精度的cip(Constrained Interpolation Profile)方法离散求解对流项;采用中心差分法数值处理扩散项;采用超松弛迭代法计算压力Poisson方程。对于多相流模型中的界面处理,选择高精度THINC(Hyperbola for Interface Capturing)法捕捉自由面,使用虚拟粒子法精确重构固体的几何形状。通过数值模拟正弦波和孤立波的生成与传播,验证了本模型具有良好的时空收敛性、数值稳定性和造波性能。之后,基于上述建立的多相流模型,研究了孤立波与板式结构物的相互作用问题,包括固定的水平板结构和垂向板结构。对于孤立波对水平板的砰击作用,重点研究了结构物上的波浪载荷分布特性。通过与现有实验数据和其他数值结果进行对比,验证了当前数值模型的水动力预报性能,并进一步讨论分析了越浪、波浪破碎等现象对结构物波浪载荷分布的影响。孤立波对垂向板结构冲击过程的数值研究则重点关注模型的自由面运动和流场分布特征。根据已有的模型实验,对当前模型模拟精细流场特征和计算强非线性自由面运动的可靠性和精度进行验证与说明。此外还深入研究了结构物的几何参数对自由面运动和波浪传播特性的影响,以及速度域和压力场等流场特征的分布与变化规律。本研究对孤立波与板式结构物相互作用问题开展了充分的数值验证工作和详细的物理机理分析。当前研究结果表明本文建立的数值模型可以比较理想地处理孤立波对板式结构的冲击问题,数值结果与实验数据对于大多数算例比较吻合,数值模拟可以比较精确地反映实际流场的自由面运动和分布特征,数值模型可以为板式结构物提供定量、可靠的水动力预报。本文通过对当前数值模拟和计算结果的讨论分析得到的相关结论对于海洋工程结构物的设计与建造具有一定的参考价值和指导意义。

关键词：孤立波板式结构强非线性 cip方法波浪载荷

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灾害波浪近岸演变的CFD模拟研究

灾害波浪近岸演变的CFD模拟研究

作者：陈勇浙江大学

学位级别：硕士

波浪是海洋中最主要的水动力要素之一,是影响人类在海洋（岸）上生活和作业的主要因素之一。在多数情况下,波浪给海洋（岸）上的人类活动和基础设施带来的是负面影响。但是,人类对灾害波浪的产生原因、演变规律以及内部流场特性等缺乏... 详细信息

波浪是海洋中最主要的水动力要素之一,是影响人类在海洋（岸）上生活和作业的主要因素之一。在多数情况下,波浪给海洋（岸）上的人类活动和基础设施带来的是负面影响。但是,人类对灾害波浪的产生原因、演变规律以及内部流场特性等缺乏深入理解。因此,对灾害波的深入研究,是合理开发利用海洋资源的前提,是海洋灾害预报预防工作的理论基石。本文以灾害波浪为切入点,依据灾害波浪的作用范围,将灾害波浪分为两类:1、大尺度灾害波,以海啸为代表;2、小尺度灾害波,以畸形波为代表。分别对两种代表性波型展开研究。通过建立数值模型、开展物理实验,研究海啸波在海岸复杂地形上传播、畸形波在潜堤上传播等过程的灾害波演变规律和内部水动力特性,尤其关注波浪破碎过程以及内部流场的变化。本文研究方法以数值模拟为主,并结合物理实验。物理实验在浙江大学舟山校区近海馆大型断面水槽内进行。数值模型在直角笛卡尔坐标系统下建立,采用紧致插值曲线cip（Constrained Interpolation Profile）方法作为流场基本求解器离散 N-S（Navier-Stokes）方程,基于多相流的理论实现流-固耦合同步求解,采用VOF（VolumeofFluid）类型的THINC/SW（Tangent of Hyperbola for Interface Capturing with Slope Weighting）方法重构自由面,利用IBM（Immersed Boundary Method）处理内部固体边界。首先,利用数值模型模拟海啸波在包含大陆架、海滩缓坡、陡坡的复杂地形上的演变过程。将结果与前人实验结果对比,验证模型准确性。得到实测数据所缺乏的海啸波高时程数据。详细分析不同因素对海啸放大因子、水位时程变化、最大波高沿程变化、海啸爬高、压力时程变化、压强场分布、最大压强出现规律等细节问题的影响。发现大陆架长度会影响海啸爬高,且存在一个长度的临界值,当大陆架长度等于临界值时,海啸波爬高最大。海啸波作用过程中,有两个时机可能出现极端压强:冲击和回流。随后,利用数值模型和物理实验研究畸形波在潜堤上传播过程中的波浪变形及内部流场问题。对比实验和数模结果,验证结果的可靠性。分析波浪非线性对畸形波生成的影响,研究不同波高测点的水位时程变化规律,深入研究波浪传播过程中不同时刻的波面形态、速度场分布、压力场分布,探究内部流场与波面变化之间的关系。发现波浪在潜堤上发生破碎时,波能快速耗散,潜堤顶部的波高变小,波浪通过潜堤后,能量损失较大,透射率较小,且非线性越强,破碎越剧烈,能量透射率越小。最后,在数值模型中引入双液相VOF方法,模拟规则波在无障碍水槽中传播、规则波在潜堤上传播以及畸形波在潜堤上传播的过程。分析不同条件下,波浪内部水体掺混以及界面流动特征。发现在波浪破碎的情况下,内部掺混区域主要分布在气泡周围以及翻滚的水头内。随着波浪破碎的结束和内部气泡的消散,掺混水团很快分散并融合本文的主要创新点如下:1、本文关注海啸波内部流场变化规律,获得了以往的研究中所缺乏的流场信息。发现海啸波作用过程中存在两个极端压力出现时机:冲击和回流。冲击压力大,作用范围集中;回流压力作用范围广,不容忽视。2、结合内部流场变化对畸形波破碎的原因和过程进行详细的剖析,揭示波浪破碎过程的水动力特征。发现潜堤的影响使能量向波峰聚集,导致波峰内水质点速度急剧增大,形成破碎水头,水头携带大量能量砸向未破碎的波面,引起连锁的水花翻滚。在翻滚区域及气泡周围,水质点速度较大。3、利用双液相VOF方法对波浪传播和破碎过程的内部界面流动进行详细的分析,揭示波浪内部水质点运动规律。发现波面是否破碎和内部界面是否破碎没有直接关系,在非破碎波持续作用下,内部界面也会发生破碎。在破碎波中,掺混区域主要分布在气泡周围和翻滚水头中。

关键词：海啸波畸形波海岸地形 cip方法波浪破碎内部流场双液相VOF 内部界面

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自由双浮体间狭缝水动力共振的强非线性分析

自由双浮体间狭缝水动力共振的强非线性分析

作者：张德贺哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着时代的发展,人们越来越关注广阔的海洋中含有的丰富生物资源和矿产资源。采集、运输和加工是利用海洋资源的必要环节,在入射波的影响下,海上浮式生产储存装卸设备(FPSO)与液化天然气船(LNG)之间可能会出现波浪破碎、水花飞溅等强非... 详细信息

随着时代的发展,人们越来越关注广阔的海洋中含有的丰富生物资源和矿产资源。采集、运输和加工是利用海洋资源的必要环节,在入射波的影响下,海上浮式生产储存装卸设备(FPSO)与液化天然气船(LNG)之间可能会出现波浪破碎、水花飞溅等强非线性水动力共振现象。当发生共振时,波面抬高急剧增大,对储油设备和运输船舶造成巨大的波浪力。本文旨在研究这种现象,揭示狭缝水动力共振发生的机理,指导实际的工程应用。本文基于cip(Cubic interpolation polynomial)方法,利用THINC(Tangent of hyperbola for interface capturing)方法、虚拟粒子法等数值模拟技术,建立了二维不可压缩粘性流数值波浪水池。验证了数值水池的质量守恒特性、消波性能,利用数值水池中波高仪测得的自由液面波形验证了数值水池能模拟产生和传播线性波。在数值水池中设置斜坡,利用Tecplot动画和波高仪所得波高验证数值水池能够模拟强非线性现象。基于以上自编程技术建立的数值波浪水池对固定双浮体模型进行了计算和模拟,分别单独改变浮体吃水和狭缝宽度,将得到的结果同实验结果、数值模拟结果进行比较,结果表明:在入射波的影响下,固定双浮体模型的狭缝处会出现波浪共振现象,共振频率受到狭缝宽度和浮体吃水的影响,共振发生时狭缝处波面急剧抬高,双浮体受水平方向、垂直方向波浪力也会有剧烈变化。建立并计算自由运动双浮体模型,改变自由双浮体间狭缝宽度,将得到的结果同固定双浮体模型结果比较,结果表明:在入射波的影响下,自由双浮体模型的狭缝处会出现波浪共振现象,共振频率受到狭缝宽度的影响;共振发生时狭缝处波面急剧抬高,双浮体受水平方向、垂直方向波浪力也会有剧烈变化。自由双浮体模型得到的狭缝处波面抬高和浮体受力最大值小于固定双浮体模型。

关键词： cip方法强非线性固定双浮体自由双浮体

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圆柱体结构涡激振动问题的CFD模拟研究

圆柱体结构涡激振动问题的CFD模拟研究

作者：张大可浙江大学

学位级别：硕士

当流体流经柱形结构物时,流体对结构的作用力促使柱体产生振动,柱体的振动又反过来改变流体的流动,这种现象被称为涡激振动。在涡激振动中,除柱体的振动外,还包含着流体流动分离、漩涡脱落等一系列复杂的流固耦合现象。影响参数众多,既... 详细信息

当流体流经柱形结构物时,流体对结构的作用力促使柱体产生振动,柱体的振动又反过来改变流体的流动,这种现象被称为涡激振动。在涡激振动中,除柱体的振动外,还包含着流体流动分离、漩涡脱落等一系列复杂的流固耦合现象。影响参数众多,既需要考虑流体的流速、压力、粘性等参数,又需要考虑柱体的质量、阻尼和刚度。柱形结构的涡激振动问题是工程实践中经常遇到的一类问题,柱体强烈的振动甚至会导致其破坏,因此,它具有重要的科研价值和实际意义。本文以此圆柱涡激振动切入点,通过建立数值模型,研究单柱体、多柱体在流体作用下的涡激振动响应和水动力特性,同时对其受力、流场、涡量情况进行分析。本文的数值模型在笛卡尔网格系统下建立,以连续性方程和Navier-Stocks方程为流体的控制方程,使用基于 cip 算法的 cip-ZJU(Constrained Interpolation Profile method in Zhejiang University)模型对控制方程进行离散,具有计算速度快、精度高的特点。基于多相流理论对流体和固体实现同步求解,使用入侵边界法确定固-液交界面。首先,对雷诺数R= 100、质量比M*= 10条件下单圆柱的涡激振动进行模拟,模拟结果与现有文献吻合良好。文中重点分析了圆柱的振幅、振动频率和受力情况。结果表明,在折合速度Ur=4-8时,圆柱进入“锁定区间”,出现了较大的振幅,最大振幅出现在Ur=5处,达到了 0.6D,脱离锁定区间后,振幅则保持在较低的水平。在折合速度较大时,还观察到了升力和位移之间的相位突变。随后,对串列排布的双圆柱系统进行数值模拟。多圆柱情况下,流场较单圆柱情况更为复杂,柱体的振动时程曲线也呈现不规则的趋势。文中详细分析不同间距比和不同折合速度下的振动响应,并考虑上游圆柱固定和上游圆柱自由振动两种情况下下游圆柱的涡激振动响应。研究发现,串列情况下下游圆柱的最大振幅要明显大于单柱的情况。最后,本文考虑了刚性连接的三圆柱系统的涡激振动问题。刚性连接的柱体具有相同的振动位移和速度,柱体间保持固定的相对位置。三圆柱的排布方式呈正三角形,研究间距比和攻角变化对涡激振动响应的影响。研究表明,攻角变化对三圆柱系统的振动具有一定影响,三圆柱的振动响应、涡脱状态和流体流动状态都因攻角不同而产生变化。本文的主要创新点如下:(1)将cip方法应用于涡激振动问题的研究,与现有文献对比温和良好,为后续研究打下基础。(2)系统分析了 L/D = 2,4,6,8四种间距比下串列双圆柱涡激振动的结构振动响应、受力和流场信息,发现两柱间产生明显相互作用的范围约在间距比L/D≤ 4内。(3)对刚性连接三圆柱涡激振动进行系统的数值模拟研究,分析攻角和间距比对涡激振动响应的影响。

关键词：涡激振动计算流体力学 cip方法入侵边界法频率锁定涡脱升力系数

波浪与近岸结构物相互作用的cip数值模拟及实验研究

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波浪与近岸结构物相互作用的CIP数值模拟及实验研究

作者：程都浙江大学

学位级别：硕士

波浪在与近岸结构物相互作用过程中常伴随反射、折射、绕射、紊流、高次谐波的产生等复杂现象,在极端海况下还会遭遇到波面破碎、翻滚及水气掺混等强非线性自由面大变形问题。因此,利用物理模型实验加深对上述复杂现象的认识、开发适合... 详细信息

波浪在与近岸结构物相互作用过程中常伴随反射、折射、绕射、紊流、高次谐波的产生等复杂现象,在极端海况下还会遭遇到波面破碎、翻滚及水气掺混等强非线性自由面大变形问题。因此,利用物理模型实验加深对上述复杂现象的认识、开发适合上述现象的数学模型准确预测复杂海况下结构物周围水动力特性、波浪力和结构响应,对开展结构设计和安全防护等问题的研究具有重要的工程应用价值。本文在总结前人研究成果的基础上,开展不同水深条件下,不同尺度规则波和孤立波与近岸结构物相互作用的实验研究和数值模拟。首先,在宽断面波浪水槽内开展波浪与潜堤、水下承台上垂直和倾斜结构物相互作用的实验研究,着重研究不同水深条件下,不同尺度波浪与近岸结构物相互作用时的波浪非线性变形、波浪在结构物周围的破碎过程以及结构物周围流场及压力场等水动力特性的变化过程。其次,基于自主研发的数学模型,开展波浪与近岸结构物相互作用的数值模拟研究。本文数学模型以Navier-Stokes方程和连续性方程为控制方程,以高阶差分紧致插值曲线(cip:Constrained Interpolation Profile Method)方法为流场的基本求解器离散Navier-Stokes方程,通过多相流理论描述固-液-气之间的相互作用,采用便于描述复杂几何外形和运动物体边界的浸入边界法处理结构物边界,并采用精度更高的改进型双曲正切函数(THINC/SW:Tangent of Hyperbola for INterface Capturing/Slope Weighting)方法进行自由面的重构。通过对二维/三维溃坝波与结构物相互作用的模拟,对模型的正确性和有效性进行了验证。基于建立的模型,开展潜堤上波浪变形、波浪对承台上结构物作用等问题的数值模拟,重点分析结构物附近的波面高程、流速信息、冲击压力等参数,数值结果与实验数据吻合良好。此外,还利用已得到验证的本文模型开展了波浪与承台上不同坡度结构物相互作用的研究,发现结构物坡度将直接影响反向涌浪的形成及大小。

关键词：波浪近岸结构物 cip方法 THINC/SW方法浸入边界法

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波浪与弹性支撑水平板防波堤相互作用的研究

波浪与弹性支撑水平板防波堤相互作用的研究

作者：王贤梦浙江大学

学位级别：硕士

作为透空式防波堤的一种新形式,弹性支撑水平板防波堤将一水平薄板通过一定刚度的弹性支撑结构与海底相连接,使其潜没在水面以下一定位置处,可在波浪作用下作周期性震荡。弹性支撑水平板防波堤水深适应性强,材料成本低,地质要求小,能够... 详细信息

作为透空式防波堤的一种新形式,弹性支撑水平板防波堤将一水平薄板通过一定刚度的弹性支撑结构与海底相连接,使其潜没在水面以下一定位置处,可在波浪作用下作周期性震荡。弹性支撑水平板防波堤水深适应性强,材料成本低,地质要求小,能够模板化生产,并且在消浪的同时能促进结构物前后的水体流通。弹性支撑水平板与波浪的相互作用包含了波浪破碎、水汽掺混的波面大变形问题和运动固体边界问题,对数值模型的计算精度和计算效率提出了高要求。本文利用课题组自主研发的基于紧致插值曲线cip方法(Constrained Interpolation Profile)的数学模型,开展规则波及聚焦波与弹性支撑水平板防波堤相互作用的数值模拟研究。模型在笛卡尔直角坐标下建立,以cip方法为流场基本求解器,分步求解Navier-Stokes(N-S)方程,利用高精度的流体体积类型的THINC/SW(Tangent of Hyperbola for Interface Capturing with Slope Weighting)方法重构自由液面,采用浸入边界IBM(Immersed Boundary Method)方法处理波浪与起伏板防波堤的耦合作用问题,通过动量源项造波方法模拟规则波和聚焦波的产生。首先,模拟固定水平板与规则波及聚焦波相互作用的过程,并与前人实验结果相比较,验证本文模型的可靠性,分析相对板宽及潜深对固定水平板性能的影响。发现固定水平板对规则波和海洋畸形波的削弱能力有限,且对长波的阻碍作用几乎为零。随后,进行弹性支撑水平板与规则波相互作用的过程模拟,并与前人势流理论结果相对比,重点关注波浪的浅水变形和板两端涡旋脱落的非线性现象,分析潜深、波要素对板周围流场分布、板的运动响应和波浪的反透射系数的影响。证明弹性支撑水平板具有远优于固定水平板的消浪效果,且对较大频率范围内的波浪适用性良好,具有作为防波堤的潜力和可行性。通过不同工况流场及涡量场的对比,归纳了弹性支撑水平板主要消能方式:一、波浪能量在水平板前被大量反射;二、波浪在通过水平板上方时发生浅水变形甚至破碎消能;三、水平板在波浪力作用下的周期性震荡使得水平板两端产生交替脱落的涡流,带走波浪能量;四、水平板运动产生的辐射波与板后透射波相叠加。最后,分析聚焦波通过弹性支撑水平板时的波浪破碎与涡脱落,给出沿程波高和能量变化曲线,结果表明弹性支撑水平板对畸形波也有良好的削弱能力。

关键词：弹性支撑水平板防波堤畸形波 cip方法透反射系数波浪破碎涡脱落

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不同来流形式下圆柱涡激振动数值模拟研究

不同来流形式下圆柱涡激振动数值模拟研究

作者：王凯鹏浙江大学

学位级别：硕士

圆柱体涡激振动问题一直吸引着大量学者的关注。圆柱体涡激振动现象有很多影响因素,如流场因素中的雷诺数、流体的粘性、流体流动状态等,其中流场雷诺数与流场中流体速度有很大关系。目前在圆柱涡激振动问题的研究中常把流场中来流速度... 详细信息

圆柱体涡激振动问题一直吸引着大量学者的关注。圆柱体涡激振动现象有很多影响因素,如流场因素中的雷诺数、流体的粘性、流体流动状态等,其中流场雷诺数与流场中流体速度有很大关系。目前在圆柱涡激振动问题的研究中常把流场中来流速度形式简化为均匀来流,而实际工程和生活中流体的流动多是有一定速度梯度的剪切流。为了探讨来流形式对圆柱涡激振动问题的影响,本文选取均匀来流和剪切来流两种来流形式,开展了数值模拟研究。在进行数值模拟时,本文采用了自主研发的紧致插值曲线cip(Constrained InterpolationProfilemethod)方法,此方法具有精度高稳定性强等优点,将其与浸入边界理论、多相流理论相结合可以较高效率地实现在笛卡尔坐标系下对圆柱绕流和涡激振动问题的研究。为研究不同来流形式时圆柱涡激振动相关参数的变化,论文首先对小雷诺数Re范围内,均匀来流和剪切来流时圆柱静止绕流问题进行模拟,探讨来流形式对圆柱静止绕流的影响。在发现来流形式对静止圆柱绕流产生影响的规律后,论文又对受迫振动圆柱绕流问题进行数值模拟,研究了均匀来流和剪切来流时,振动频率和振幅对圆柱受力的影响。通过分析发现,均匀来流时升、阻力系数在频率锁定区间内随振动频率增加而增加,在频率锁定区间端点的频率值附近会发生突变。升、阻力系数随振动频率变化的变化趋势在不同振动振幅时基本一致。在频率锁定区间内阻力系数均值随振动振幅增加会逐渐变大,升力系数均方根值随振动振幅增加则逐渐变小;剪切来流时升、阻力系数在振动振幅较小时不受振幅变化的影响,在振动振幅较大时,特定振幅下,在一定剪切率区间内阻力系数随剪切率增加先减小再增大,升力系数随剪切率增加先增大再减小。在对静止和受迫振动圆柱绕流问题进行探讨之后,论文开展了不同来流行式时单圆柱涡激振动问题的研究。通过分析发现均匀来流时,圆柱在锁定区间内的运动轨迹呈“8”字形,并且重复性较好,圆柱的升力系数和运动位移在折合速度的锁定区间中部会出现相位突变。剪切来流时,随剪切率K变大圆柱的运动轨迹逐渐从“8”字形变为“小雨滴”形,之后随剪切率继续变大,“小雨滴”形状会逐渐变长。由于篇幅所限,本文最后只对均匀来流时的串列双圆柱涡激振动问题进行了探讨,研究了串列双圆柱中上、下游圆柱的运动自由度组合形式对涡激振动响应的影响。通过研究发现串列双圆柱中一个圆柱双自由度运动时,另一个圆柱的运动自由度个数会对串列双圆柱中的圆柱升阻力系数和漩涡脱落产生较大影响,在研究串列双圆柱涡激振动问题时需要考虑运动自由度的组合形式对串列双圆柱涡激振动问题的影响。本文的创新点主要有:·本文通过对均匀来流和剪切来流两种来流形式下的静止圆柱、横向受迫振动圆柱绕流及圆柱涡激振动问题展开数值模拟,首次系统的分析了来流形式对圆柱绕流和圆柱涡激振动问题的影响,并指出来流形式是很重要的一个影响因素;·本文将较少关注到的均匀来流时,串列双圆柱的上下游圆柱的不同运动自由度组合形式对圆柱涡激振动响应的影响作为研究重点进行探讨,指出串列双圆柱不同运动自由度组合形式会对串列双圆柱的涡激振动响应产生较大影响.

关键词：均匀来流剪切来流受迫振动涡激振动 cip方法运动自由度

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海啸波与海堤相互作用的模拟研究

海啸波与海堤相互作用的模拟研究