基于二阶规则波模拟的数值波浪水槽优化

基于CFD开源软件包OpenFOAM,建立了基于Navier-Stokes方程的二维数值波浪水槽模型。模型采用体积函数(VOF)法捕捉自由水面,采用 k-ω SST紊流模型封闭控制方程。针对不同波陡( i =0.01~0.06)的Stokes二阶波,分别采用速度边界法或推板造波法进行造波,采用阻尼消波法、辐射边界法或松弛区域法进行消波;通过对不同造波和消波方法组合方式计算结果的比较,分析了数值波浪水槽在不同波陡工况下的消波效果和造波效果。模拟结果表明:对于小波陡( i =0.01~0.03)工况,采用速度边界造波和松弛区域法消波的组合方式具有较高的模拟精度;对于大波陡( i =0.04~0.06)工况,采用推板造波法造波和基于平方形式阻尼函数的阻尼消波法消波的组合方式具有较高的模拟精度。     

水池消波装置研究

为了解决船模水池中水波的反射对实验结果的影响,以及等水过程降低实验室工作效率这两个问题,设计并测试了一种消波网箱.从波浪理论的角度,对网箱消波原理做了初步探索,为今后的工作提出了建议.     

振荡水柱波能转换器的消反射特性研究

基于势流理论,建立了振荡水柱(OWC)型波能转换器的二维数学模型.采用去奇异的边界积分方程法(DBIEM)模拟了完全非线性波.通过调整OWC腔室内振荡压强的幅值和相位,使OWC工作于消反射状态.研究了波能吸收效率与OWC腔室内振荡压强的幅值、相位的关系.数值计算表明:消反射时,OWC的波能吸收效率比传统形式的OWC高很多.在消反射状态下,OWC腔室内振荡压强和通过透平气体流量的幅值增大且二者存在相位差,这与传统的OWC是不同的.最后提出了不同于传统形式的新型OWC波能转换器的设计思路.     

日照港码头结构消浪的数值模拟

针对日照港在建设和运行中出现港内、码头泊稳条件较差的状况,通过数值模拟方法研究码头结构形式和消浪设施对港池内波浪传播变形的影响.在波浪数值计算过程中,考虑西四期工程反射系数发生变化,导致波浪的折射、绕射、反射和波能损耗等物理现象,利用缓坡方程模型,并结合有限元方法,推算分析极端高水位和设计高水位2种工程水位、3个波向(...     

弹性波在多层电磁弹性结构中的反射与透射

研究了弹性基底上覆盖电磁弹性材料组成的多层结构中弹性波的反射与透射系数问题．通过广义的Christoffel方程,导出电磁弹性介质中广义位移（包括弹性位移、电动势和磁动势）和应力（包括弹性应力、电位移和磁感应强度）的表达式,根据相邻层间界面上广义位移和应力的连续性条件以及边界条件,结合子波法和传递矩阵方法得出反射和透射系数的表达式．以多层纯弹性结构为研究对象,验证本文提出方法的正确性,然后对弹性波在多层电磁弹性结构中的反射与透射特性进行了计算和分析,并讨论入射角、入射波频率和电磁边界条件对这些系数的影响．     

黏性水波场和水平方柱波浪载荷的数值模拟

随着海洋工程的快速发展,作用在建筑结构上的波浪力问题得到了广泛的重视．以N—S方程为控制方程,VOF法追踪自由面,通过在动量方程中加入简单动量源,建立了具有造波和消波功能的二维数值波浪水槽,模拟了水平方柱的波浪受力．通过实验验证：采用1倍波长造波区源项造波效果较好,解决了计算域内障碍物的二次波浪反射问题;光滑水平方柱的Morison公式推荐系数为CD=2．05和CM=1．9;作用于柱体上的黏性剪切力很小,可以忽略不计．表明建立的数值波浪水槽可用于水平方柱的波浪受力模拟。     

多自由度振荡浮子装置波浪爬升特性试验与数值模拟

增加振荡浮子式波浪能发电装置的自由度可以拓宽设备的捕获频带,从而有效地提高其捕获效率,但这也意味着浮子与波浪间的作用过程更加复杂,产生的波浪爬升等非线性现象不容忽视,严重时甚至会发生越浪从而降低浮子装置的使用寿命和效率．本文开展了规则波作用下多自由度浮子迎浪侧波浪爬升特性的物理模型试验,对单自由度运动和多自由度耦合运动的浮子上的波浪爬高进行了比较,以分析在有无动力输出装置(power take-off,PTO)阻尼条件下自由度之间的相互作用效应,并使用数值模拟分析耦合运动浮子周围的流场分布．结果显示,增加自由度可以导致没有PTO阻尼的浮子上的波浪爬高显著降低,有效降低越浪风险．对于有PTO阻尼的多自由度振荡浮子,增加垂荡方向上的PTO阻尼力对波浪爬升有很大影响．三自由度耦合运动浮子能更好地利用波浪能并具有更好的安全性．     

矿井煤与瓦斯突出规律及挡突装置数值模拟

为最大限度地减少煤与瓦斯突出造成的人员伤亡和经济损失,结合平煤六矿地质条件,揭示煤与瓦斯突出强度与开采深度、抛出物抛出速度及抛出物沿巷道传播规律之间的关系。研制一种挡突装置,采用数值模拟方法分析煤与瓦斯突出强度变化及突出后流体对挡突装置的冲击情况。结果表明:该矿煤与瓦斯突出强度、抛出物抛出速度及抛出物沿巷道传播规律与开采深度之间存在非线性关系;挡突装置安装在距突出地点12 m处较为合适,该装置可将煤与瓦斯突出封闭在一定范围内。该研究为煤与瓦斯突出灾害防治提供了新方法。