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cip法在模拟大变形自由表面流问题中的应用

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科学技术与工程 2016年第10期16卷 63-70页

作者：徐奥哲蒋勤河海大学港口海岸与近海工程学院南京210000

为探索能够精确模拟大变形自由表面流(如波浪破碎)问题的数值模拟方法,采用cip(constrained interpolation profile Scheme)法建立了自由表面流数值计算模型;并以干床面、湿床面上的溃坝溢流为例,研究了cip法在模拟具有大自由界面变形的... 详细信息

为探索能够精确模拟大变形自由表面流(如波浪破碎)问题的数值模拟方法,采用cip(constrained interpolation profile Scheme)法建立了自由表面流数值计算模型;并以干床面、湿床面上的溃坝溢流为例,研究了cip法在模拟具有大自由界面变形的气-液二相流问题中的应用。研究结果表明,通过采用cip法对Navier-Stokes流体运动方程中对流项进行离散求解;对溃坝溢流问题的自由表面形态及压力分布均能给出良好的模拟结果。证明cip法在对波浪破碎等大自由表面问题的模拟中具有较好的应用前景。

关键词： cip法溃坝溢流数值模拟

波浪能装置-带弧形翼板的浮式防波堤集成系统水动力特性研究

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工程力学 2024年

作者：胡俊董胜中国海洋大学工程学院

浮式防波堤与波浪能装置组成的集成系统兼顾了波能利用和消浪的双重功能，其与波浪相互作用的数值模拟具有现实意义。本文基于高阶紧致插值cip(Constrained Interpolation Profile)方法的二维不可压缩流体的有限差分数值模型，通过建立... 详细信息

浮式防波堤与波浪能装置组成的集成系统兼顾了波能利用和消浪的双重功能，其与波浪相互作用的数值模拟具有现实意义。本文基于高阶紧致插值cip(Constrained Interpolation Profile)方法的二维不可压缩流体的有限差分数值模型，通过建立数值水槽研究了是否安装翼板和安装不同长度翼板的集成系统在不同波浪条件下的水动力特性和能量输出特性，并分析了集成系统与波浪相互作用过程中流场和涡量的分布。结果表明：该模型可以高效地模拟规则波与集成系统的相互作用过程中的波浪破碎等强非线性现象，安装弧形翼板可以降低波浪的透射系数并显著提升系统的最大能量捕获宽度比，随着翼板长度的增加系统的能量捕获宽度比逐渐提高并最终趋于平稳。

关键词：水动力特性集成系统 cip法波能转换消浪

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液舱晃荡的cip法数值模拟

工程力学 2016年第8期33卷 1-7页

作者：陈更董胜中国海洋大学工程学院山东青岛266100

数值模拟是求解液舱晃荡问题的重要方法。基于cip方法,该文建立了有限差分法求解二维不可压缩流体的Navier-Stokes方程的数值模型,使用对时间积分的分步算法求解流场,利用THINC格式捕捉自由液面,将液舱晃荡问题视为包括气体、液体和固... 详细信息

数值模拟是求解液舱晃荡问题的重要方法。基于cip方法,该文建立了有限差分法求解二维不可压缩流体的Navier-Stokes方程的数值模型,使用对时间积分的分步算法求解流场,利用THINC格式捕捉自由液面,将液舱晃荡问题视为包括气体、液体和固体的多相流问题。分别模拟了无隔板和带纵隔板的液舱晃荡。该模型可以模拟晃荡过程中自由面破碎、翻卷和对舱壁的冲击压力以及隔板附近涡的生成与脱落,模型在不同网格的计算结果一致,并将计算结果与试验结果进行了对比。结果表明:该模型可以较好地模拟液舱晃荡问题并且纵隔板对液舱晃荡有明显的抑制作用。

关键词：液舱晃荡 cip法数值模拟隔板冲击

防波堤帷幕尺度对波浪力和消浪性能的影响研究

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工程力学 2023年第5期40卷 245-256页

作者：任家崟韩新宇董胜中国海洋大学工程学院山东青岛266100

帷幕式防波堤下部透水,利于港内外的海水交换,防止水质恶化,维持原始水域生态平衡,因此模拟波浪与防波堤的相互作用具有重要的现实意义。该文基于高阶紧致插值cip(Constrained Interpolation Profile)方法的二维波浪数值模型水槽,通过... 详细信息

帷幕式防波堤下部透水,利于港内外的海水交换,防止水质恶化,维持原始水域生态平衡,因此模拟波浪与防波堤的相互作用具有重要的现实意义。该文基于高阶紧致插值cip(Constrained Interpolation Profile)方法的二维波浪数值模型水槽,通过与文献结果进行比较,结果表明:该文数值模型能够有效地模拟孤立波在冲击帷幕式防波堤过程中的波浪破碎等强非线性现象。通过数值模拟,描述了帷幕式防波堤在不同的宽度和浸没深度情况下与孤立波之间的相互作用中流速和涡度的演变过程,并讨论了孤立波波高和帷幕式防波堤结构尺寸对反射、透射、耗散系数以及在帷幕式防波堤上冲击力的影响。研究表明:帷幕式防波堤的相对浸没深度越大时,消浪效果良好,同时帷幕式防波堤的相对宽度对消浪效果的影响较大。

关键词：孤立波帷幕式防波堤 cip法消浪波浪力

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复式防波堤断面尺度对波浪爬高的影响研究

工程力学 2019年第B6期36卷 261-267页

作者：韩新宇罗鑫董胜中国海洋大学工程学院

数值模拟是求解防波堤爬高问题的重要方法。以Navier-Stokes方程为控制方程,该文建立了基于紧致插值曲线法(cip法)的二维不可压缩流体的有限差分数值模型。通过分步算法对时间积分求解控制域,采用双曲正切函数自由面捕捉法(THINC法)对... 详细信息

数值模拟是求解防波堤爬高问题的重要方法。以Navier-Stokes方程为控制方程,该文建立了基于紧致插值曲线法(cip法)的二维不可压缩流体的有限差分数值模型。通过分步算法对时间积分求解控制域,采用双曲正切函数自由面捕捉法(THINC法)对自由液面进行捕捉,采用浸入边界法IBM对固体边界进行处理,将波浪爬高问题视为固-液-气多相流问题。通过建立二维数值水槽,对波浪爬高越浪问题进行数值验证;进而在相同波浪条件下,对不同断面尺寸的复式防波堤进行波浪爬高的数值模拟。结果表明:该模型可以较好地模拟波浪过程中的变形、翻卷、破碎等强非线性现象,得出最大爬高与复式防波堤尺寸之间的关系,从而给出了最小爬高时对应的防波堤断面尺度。

关键词：爬高 cip法 THINC法复式防波堤断面尺度

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对流方程保单调cip格式

水动力学研究与进展（A辑） 1997年第2期12卷 181-187页

作者：汤寒松张德良李椿萱北京航空航天大学宇航学院北京100083 中科院力学所北京100080 北京航空航天大学流体所北京100083

cip方法是国外发展起来的一种求解对流方程的数值方法.这种方法是一种紧致格式,它简便、直观同时稳定、数值扩散小.本文提出了保单调cip方法的构造思路,并给出了几种包括一致高阶精度在内的保单调cip格式.这些保单调cip格式是原有cip格... 详细信息

cip方法是国外发展起来的一种求解对流方程的数值方法.这种方法是一种紧致格式,它简便、直观同时稳定、数值扩散小.本文提出了保单调cip方法的构造思路,并给出了几种包括一致高阶精度在内的保单调cip格式.这些保单调cip格式是原有cip格式的修正,保持了其特点.模型方程数值试验的结果令人满意.

关键词：对流方程 cip法保单调性水动力学数值解

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重力波特征线显式数值解法试验

高原气象 2010年第6期29卷 1386-1396页

作者：彭新东李婷婷常飞尤卫红中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081 云南大学资源环境与地球科学学院大气科学系云南昆明650091 兰州大学大气科学学院甘肃兰州730000

利用cip(Constrained Interpolation Profile)特征线半拉格朗日解法对平面一维和二维浅水波方程的重力波和普通经纬度网格下的球面浅水波模式进行了数值求解试验,给出了cip特征线法的数值结果和对应大时间步长积分的对比。结果显示,一维... 详细信息

利用cip(Constrained Interpolation Profile)特征线半拉格朗日解法对平面一维和二维浅水波方程的重力波和普通经纬度网格下的球面浅水波模式进行了数值求解试验,给出了cip特征线法的数值结果和对应大时间步长积分的对比。结果显示,一维cip特征线法对重力波的位相、振幅和传播有很好的描述,对于不同时间步长都显示出计算稳定的特性。空间分离的二维特征线法是多维问题计算中简单有效的方法,在平面和球面二维问题的数值结果中都得到了cip特征线法稳定的计算和良好的波动传播结果,在浅水波方程中可以克服半隐式算法在高分辨率时的大量运算,并有望成为处理重力波的替代算法。

关键词：重力波特征线法时间分离积分 cip法半拉格朗日计算

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组合隔板抑制液舱晃荡机理的数值方法研究

中国海洋大学学报（自然科学版） 2020年第10期50卷 107-117页

作者：罗鑫董胜中国海洋大学工程学院山东青岛266100

液舱晃荡是船舶与海洋工程领域的热点问题,有效地抑制液舱晃荡、减小壁面冲击载荷关系着船体结构的安全。使用内嵌隔板是抑制舱内晃荡,减小壁面冲击载荷的有效手段。实际工程中,内嵌隔板的最优设计的前提是对隔板抑制晃荡的机理有深入... 详细信息

液舱晃荡是船舶与海洋工程领域的热点问题,有效地抑制液舱晃荡、减小壁面冲击载荷关系着船体结构的安全。使用内嵌隔板是抑制舱内晃荡,减小壁面冲击载荷的有效手段。实际工程中,内嵌隔板的最优设计的前提是对隔板抑制晃荡的机理有深入了解。cip法具有高精度、低耗散等特点,以THINC格式捕捉自由液面,可以再现液面破碎、翻卷、涡旋以及液滴飞溅等现象。基于此法,建立了数值液舱,对比了单一隔板和组合隔板抑制晃荡的效果。结果表明,内嵌隔板的安装在水平位置上应尽量靠近舱底中线,在垂直位置上应尽量靠近自由液面,且液面附近安装的双垂直隔板抑制晃荡能力最佳。

关键词：液舱晃荡 cip法内嵌隔板抑制晃荡数值模拟二维矩形液舱

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基于二维光子晶体各类构造的传输特性研究

基于二维光子晶体各类构造的传输特性研究

作者：包玉婷南京理工大学

学位级别：硕士

基于光子带隙理论的光子晶体波导以及微腔结构有着传统的微波器件无法比拟的优越性能。随着对小型化和大规模集成的要求越来越高,以光子晶体为基础设计的新型器件已成为研究的重要方向及热点。其特殊的结构以及导光原理不仅实现了曲折... 详细信息

基于光子带隙理论的光子晶体波导以及微腔结构有着传统的微波器件无法比拟的优越性能。随着对小型化和大规模集成的要求越来越高,以光子晶体为基础设计的新型器件已成为研究的重要方向及热点。其特殊的结构以及导光原理不仅实现了曲折构造中的低损或无损传输,也在波导谐振腔的设计中实现了高品质因数。它的各类应用涵盖了电磁波的多个频段,具有广阔的前景。本文基于二维光子晶体(电磁带隙材料),分三部分设计和研究了工作于微波频段3.6GHz到4.2GHz的几类波导、谐振腔等结构。研究手段以实验为主,部分章节用到了数值解析手段cip法。首先研究了用电介质陶瓷和金属铝两类材料各自构建的柱体墙波导对电磁波的约束力,结果表明铝材料的约束力要优于陶瓷材料。接着通过在铝材料构建的曲折波导中设置谐振腔并测试其谐振特性,验证了此类结构在带有大量弯曲构造的高密度集成回路设计中的价值。第二部分的研究中,我们提出了基于二维正方格子光子晶体的四类直线型波导的谐振腔结构并通过对两种实验方法和cip法的仿真结果挑选和验证了有效的滤波结构。最终获得了两种分别可作用于低频和高频的滤波器模型。最后,我们设计和优化了一类基于二维三角格子光子晶体的X形波导分支滤波结构。在对比了此类波导的对称型和两种非对称型的功率分配特性的基础上,通过设置和调整波导分支内部的谐振腔结构,我们获得了一种拥有较高性能可用于WDM系统的滤波单元。该单元是基于功率分配特性最均匀的非对称型波导的三分频构造。

关键词：光子晶体谐振腔波导分支 cip法