數(shù)值浪槽的建立與應用研究.pdf

1、海洋中存在風能、波浪能等多種可再生資源。數(shù)值浪槽是評估人工俘能裝置在惡劣海洋環(huán)境下安全性的重要工具。其中結合有限體積法(FVM)與流體體積法(VOF)的數(shù)值浪槽，通過對納維-斯托克斯方程的直接求解，可以考慮流體的粘性，并有能力模擬波浪破碎以及風浪相互作用等復雜過程。本文采用了這一數(shù)值離散方案，結合勢流理論完成了數(shù)值造波，通過建立的數(shù)值浪槽研究了波浪的運動規(guī)律，并通過與海上風機計算程序的連接，把數(shù)值浪槽生成的完全非線性波浪應用于海上風機的

2、波浪力計算中。
　　本文首先進行了數(shù)值浪槽的建立，以及對于規(guī)則波的模擬與驗證。將勢流理論得到的解析結果作為數(shù)值造波的理論依據(jù)，分別使用速度入口法和運動物體法兩種方式造波，使用人工阻尼區(qū)進行遠端消波。在有限長度的二維數(shù)值浪槽中進行了規(guī)則波的模擬與驗證。使用數(shù)值浪槽的結果分析了規(guī)則波的水平速度沿豎向截面分布規(guī)律，驗證了Wheeler展開理論對于波峰所在豎向截面的速度修正方法。
　　隨后使用運動物體法對數(shù)值浪槽進一步發(fā)展，完成了不

3、規(guī)則波的模擬與驗證。模擬了由于不規(guī)則波的不同頻率成分在波浪表面局部區(qū)域聚焦而產(chǎn)生水粒子速度過大從而發(fā)生波浪破碎的過程。
　　對于自然界中存在的風浪聯(lián)合環(huán)境，本文進行了穩(wěn)定風與規(guī)則波下風浪相互作用的初步探討，發(fā)現(xiàn)了穩(wěn)定風會降低規(guī)則波波幅的現(xiàn)象，并從波浪表面壓力不均勻分布的角度對波高降低現(xiàn)象進行了定量分析。
　　最后，作為數(shù)值浪槽與工程應用相結合的示例，本文將數(shù)值浪槽得到的完全非線性不規(guī)則波浪應用于固定單樁式近海風機的波浪力計算