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滑波涌浪数值模拟与其和结构物相互作用中国

收藏本文 2024-01-14 点赞:17236 浏览:72679 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:当库边岸坡失稳,滑坡体急剧入水时,将产生涌浪。涌浪中包含众多非线性波、浅水波等脉冲波浪,大致可以分为四种波浪类型,如斯托克斯波、椭圆余弦波、孤立波和缸径波。滑坡涌浪会给航行船舶、沿岸居民和其它基础设施带来严重威胁;同时,大量的水利工程项目也迫切需要安全的滑坡涌浪防治技术。由此,探讨高度非线性波浪湍流方式下的水波动力学,并开发滑坡涌浪数值模拟计算策略,具有重要的论述作用和实际工程运用价值。本论文基于开发的大涡模拟CFD平台,强调在空间固定的笛卡尔网格下(惯性参考系)的粘性制约方程,采取无需边界拟合的切削网格法,通过构建一个包含运动界面的粒子和液体两相流质量力的数学模型,包括采取设计新颖的、用于捕捉强非线性自由面的VOF策略,精确数值模拟滑坡涌浪及其与海洋结构物的相互作用。全文共分5章:第1章简要阐述了滑坡涌浪发生机理,并结合国内外探讨近况提出了本论文的探讨方向和主要工作。第2章简要介绍了切削网格法的论述基础,为滑坡涌浪数值模拟提供了技术支撑。第3章数学模型及计算策略。其主要内容包括基于时间隐式的有限体积法,采取二阶ENO (Essential NonOscillation)格式及中心差分分别离散非线性对流项与扩散项;压力与速度的耦合借助于投影法;自适应、局部调节湍流特性的亚格子(SubGrid Scale)模型;构建一个包含运动界面的粒子和液体两相流质量力的数学模型;采取设计新颖的、用于捕捉强非线性自由面的VOF策略。第4章滑坡涌浪及其与海洋结构物相互作用的数值模拟,并将计算结果与相关实验进行比较。第5章浅析结果得出结论,展望未来。本论文主要工作是在惯性参考系内的笛卡尔网格下,基于自主革新的单相流CFD平台,通过数值模拟2D滑坡涌浪及其与海洋结构物相互作用的典型流固和波固耦合不足,来验证一类反映多运动物体对流场影响的两相流质量力数学模型。与相关的实验结果比较,并浅析滑坡涌浪与海洋结构物的相互作用影响的规律,表明了描述多个运动物体对流场影响预报模型的可行性及有效性。为进一步深入论述探讨滑坡涌浪及其与海洋结构物的响应提供了良好的基础。关键词:滑坡涌浪及其与结构物的相互作用论文大涡模拟论文切削网格法论文流体体积法论文多物体运动论文

    摘要4-6

    Abstract6-10

    第1章 绪论10-19

    1.1 滑坡涌浪概况10-11

    1.2 滑坡涌浪探讨的作用及推广运用领域11

    1.3 与本课题有关的国内外探讨近况浅析,包括进展方向和有着的不足11-16

    1.3.1 滑坡涌浪论述探讨的国内外近况12-15

    1.3.2 涌浪与结构物的相互作用15-16

    1.4 论文探讨的主要工作及思路16-19

    1.4.1 探讨策略16

    1.4.2 探讨内容16

    1.4.3 技术路线16-18

    1.4.4 技术革新点18-19

    第2章 非边界拟合策略19-31

    2.1 侵入边界法19-20

    2.2 虚构域法20-21

    2.3 网格生成策略21-24

    2.3.1 结构贴体网格21-22

    2.3.2 非结构网格生成策略22-23

    2.3.3 笛卡尔网格策略23-24

    2.4 数值离散策略24-25

    2.4.1 有限差分法24-25

    2.4.2 有限体积法25

    2.4.3 有限元策略25

    2.5 湍流方式25-31

    2.5.1 湍流的直接数值模拟26

    2.5.2 雷诺平均N-S方程的数值模拟策略26-27

    2.5.3 大涡模拟策略27-31

    第3章 数学模型及计算策略31-50

    3.1 带自由面的非定常不可压缩Nier-Stokes方程31-35

    3.1.1 两相流质量力模型32-33

    3.1.2 Nier-Stokes方程离散33-35

    3.2 时间隐式的有限体积法35-45

    3.2.1 计算导数(?)F(?)φ项36-39

    3.2.2 计算小扰动变量δφ39-40

    3.2.3 源项R的计算40-42

    3.2.4 估计临时速度φ42

    3.2.5 压力项泊松方程42-44

    3.2.6 估计最终速度φ44-45

    3.3 动态亚格子涡粘模型45-48

    3.4 初始条件与边值条件48

    3.4.1 初始条件48

    3.4.2 边界条件48

    3.5 计算步骤48-50

    第4章 计算算例:滑坡涌浪及其与海洋结构物的相互作用50-67

    4.1 物理模型50-51

    4.2 算例一 滑坡涌浪51-52

    4.3 算例二 滑坡涌浪对结构物的影响52-66

    4.3.1 约束模53-58

    4.3.2 纯垂荡运动58-62

    4.3.3 纯横荡运动62-66

    4.4 本章小结66-67

    第5章 总结与展望67-69

    5.1 结论67-68

    5.2 展望68-69

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