二阶波-流和结构物相互作用的高阶有限元分析

基于时域二阶势流理论,采用基于三次形函数的高阶有限元法分析波流和结构相互作用问题.一、二阶问题分别满足各自的自由表面条件和物面条件,开边界条件采用人工阻尼区来保证外传波条件.用四阶Adams-Bashforth格式并配合时步处理来计算自由表面上的波和速度势,在每一时步,一、二阶速度势通过有限元法计算求得.对位于均匀流中的水平半圆柱体在水面的绕射问题进行了数值模拟,计算自由表面波时间历程和圆柱所受到的波浪力,分析了水流对一、二阶波及作用在结构物上的一、二阶水动力的影响,结果表明:上游和下游区域二阶波均随傅氏数增大而增大,当较大无因次波数时二阶力也均随傅氏数增大而增大.     

Stokes波的数值生成

优良的波浪环境条件是非线性波浪与结构物相互作用问题研究的基础。给出一种在时域中模拟刚性剖面作周期运动辐射生成Ｓｔｏｋｅｓ 波的方法,为数值波浪水池试验提供高品质入射波模型。在频域中对二维二阶辐射问题作数值求解,通过对二阶辐射波传播模式的分析,找出能在水池中生成二阶意义上纯正的Ｓｔｏｋｅｓ波的造波机运动形式。利用边界积分方程的时间步进法进行非线性数值造波的模拟证实了在频域中得到的结论,在数值波浪水池中生成了稳定的带有波前的高品质Ｓｔｏｋｅｓ波。     

基于边界造波法的波浪数值生成

一般边界造波法只是用来生成线性波,至于边界造波法对不规则波、孤立波和强非线性波等是否适用,并没有做过多分析与研究。基于线性波、二阶Stokes波以及孤立波的速度和波形解析表达式,采用边界造波法,借助FLUENT软件中的用户自定义(UDF)功能,通过二次开发在FLUENT中实现波浪的模拟,并对它们的数值解与解析解做出比较,以此来验证边界造波法的适用性。计算结果表明,该数值水槽能有效模拟这三种波浪。     

非线性不规则波二阶分离模型

基于二阶波势流理论,建立了一个非线性不规则波浪二阶分离模型。通过求解频域内一、二阶成分之间的传递函数,建立起二阶项求解关系式,将二阶项变换到与一阶项同一个傅里叶频域空间,采用Newton-Raphson迭代方法分别求解出目标波浪中一阶、二阶和频与二阶差频。利用所建立模型分别对规则波和二阶非线性不规则波进行了数值验证,并对波浪非线性的影响进行了分析,典型数值计算结果表明模型是有效的。     

非线性不规则波二阶分离模型

基于二阶波势流理论,建立了一个非线性不规则波浪二阶分离模型．通过求解频域内一、二阶成分之间的传递函数,建立起二阶项求解关系式,将二阶项变换到与一阶项同一个傅里叶频域空间,采用Newton-Raphson迭代方法分别求解出目标波浪中一阶、二阶和频与二阶差频．利用所建立模型分别对规则波和二阶非线性不规则波进行了数值验证,并对波浪非线性的影响进行了分析,典型数值计算结果表明模型是有效的．     

推波板制造双频波数值模拟

该文应用软件为FLUENT流体分析软件,控制方程为连续性方程和Navie r-Stokes方程。应用GAMBIT建主数值波浪水槽模型并对其划分网格。基于标准RNG湍流模型和VOF自由液面捕捉方法,利用FLUENT的二次开发编写源程序,赋予前边界造波功能,以及后边界数值消波功能,采用动网格来实现推波板单频造波。其与实际物理实验造波原理相符。并在此基础上,以stokes有限振幅波理论为基本理论,运用二阶双色波的推波板运动方程实现非线性双频波造波数值模拟。     

二阶Stokes波对多个水平平行柱体的垂向绕射

为了求解二阶Ｓｔｏｋｅｓ波对多个水平平行柱体垂向绕射问题的频域解,在内场中使用了简单Ｇｒｅｅｎ函数的边界元方法与外场的特征函数展开式相结合的方法,导出了有限深水域中二维二阶绕射势在外场的解析表达式,对绕射波的远场反射与透射特性给予清晰的物理解释。利用摄动展开数值求解了流场的二阶绕射势和各个剖面所受的一、二阶波浪力。与单个剖面的情况相比,数值结果证实了多个剖面引起的绕射问题会产生诸如水波共振等水动力干扰现象,这对于多体结构的锚泊系统和其它海洋工程设备的设计是很重要的。     

分叉血管有绕流物血液流分析

用粘性流动边界元方法,研究了一类对称分叉血管中有绕流物时血液流问题.对血液在分叉血管内的流动规律,及血管内积存颗粒状绕流物的问题作了研究,给出了颗粒状绕流物处于不同位置时血液流场,及颗粒状绕流物表面的压力分布.计算中将粘性流体在区域上的求解问题化为边界上的求解问题,使问题的求解降低一个维度,由于内点值与边界值分开计算只在边界上作了近似因而精度较高,可为生物流的数值计算提供一种可靠方法.     

VPS高阶有限差分正演模型

采用有限差分法求解声波方程．较好地应用吸收边界、自由边界及震源，成功地模拟了地下半无限非均匀介质中声波传播的物理过程；获得了能清楚分辨反射波、多次波、绕射波等各种波型的声波ＶＰＳ剖面．该方法可用于计算构造任意复杂的地震模型．用精度较高的四阶差分格式代替传统的二阶差分格式求解声波方程，得到高精度的差分解．各种构造模型的计算实例表明，此方法已达到实用水平．     

基于边界造波法的二阶Stokes波的数值生成

针对滑坡涌浪灾害中波浪的产生和传播分析至关重要的问题,利用FLUENT软件平台,提出了边界造波的数值方法,并通过二次开发实现了二阶Stokes波的数值模拟。该边界造波法以不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程和追踪自由面的VOF法为基础,借助FLUENT软件中的UDF功能定义了入射边界处波浪的速度和波形解析表达式,从而模拟了二阶Stokes波的产生和传播。计算结果表明,该数值水槽能有效可靠的模拟弱非线性波浪。这为后续模拟由滑坡涌浪所产生的波浪提供了一定的研究基础。