二维数值波浪水槽在Fluent软件中的实现开题报告

 2020-02-20 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

海洋结构具有高风险,一旦发生事故很容易造成严重的环境污染和巨大的经济损失,甚至造成人员伤亡。其中,波浪力是海洋工程建设中需要考虑的主要动力因素之一,波浪荷载本身荷载形式、特征和生消发展规律一直是海洋工程研究的重要课题。波浪荷载与水工建筑物之间的相互作用也是结构发生动力响应的主要激励,对水工建筑物的设计规划及安全运营有着重要的影响。我国有着绵长的海岸线与丰富的海洋资源,为此需要各式各样的防波堤和海洋平台。为保证水工建筑物的稳定性,使其安全有效地发挥其功能,海洋工程设计活动中经常需要计算结构所受的波浪荷载,预测结构对波浪荷载作用的动力响应。因此,建立精确有效的数值波浪水槽研究波浪与建筑物相互作用一直是海洋工程的前沿课题之一。

目前关于波浪与海洋结构物间相互作用问题的研究己经比较深入。事实表明,许多海洋工程事故的发生都与非线性因素有关,结构物的破坏往往发生在连续几个大波的极端状况下。工程实践促使人们将研究的注意力集中到波浪与物体相互作用的非线性特性上。目前解决该问题的研究手段主要有理论分析、物理模型实验与数值模拟等。

理论分析方法就是运用数学解析的手段,通过推导在相关条件下建立的物理方程的解析或半解析解,预报海洋结构物相关响应。由于解析方法在计算精度上明显的优势,这种方法在波浪与结构相互作用问题研究初期非常流行。1953年,thorne开始利用解析方法对表面波问题进行研究。之后,maccamy,garret,spring,linton等人相继对波浪与圆柱形结构、球形结构和桩柱结构开展了解析方法研究。然而解析解只适用与简单几何形状或线性波浪问题,具有一定的局限性,对于复杂的海洋结构并不适用。

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2. 研究的基本内容与方案

主要内容为基于fluent软件建立二维数值波浪水槽模型,基于此模型模拟线性规则波和stokes波的传播,为进一步研究波浪与结构物的相互作用提供可靠的数值工具。

从20世纪60年代起,计算流体动力学(cfd)不断发展。计算流体动力学是流体力学和计算机科学相互融合而成的新兴交叉学科,除了得益于计算机硬件工业的发展给它提供了坚实的物质基础外,还主要因为无论分析的方法或实验的方法都有较大的限制,例如由于问题的复杂性,既无法作分析解,也因费用昂贵而无力进行实验确定,而cfd的方法具有成本低和能模拟较复杂或较理想的过程等优点。

近年来,随着计算机技术的快速发展,计算机的计算能力和存储能力有了巨大的提高,越来越多学者利用数值模拟方法对海洋波浪进行研究,其中数值波浪水槽技术得到了众多学者及工程师的青睐,被广泛应用于波浪与波浪、波浪与地形、波浪与结构物相互作用问题的研究。为了促进数值波浪水槽的规范化发展,1997年的国际近海与极地工程师协会(isope)中对数值波浪水槽给出了一个较全面的定义:数值波浪水槽是一种计算机的仿真模拟程序,其目的是用来尽可能逼真地模拟真实的实验波浪水槽的各种功能,并最终能够替代实验波浪水槽完成相应的科学研究及工程设计等任务。从上述定义可以看出数值波浪水槽的目标是利用数值计算的方式来对水流运动规律进行准确描述,进而得到所关心的各物理量的解。

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3. 研究计划与安排

1-4周:阅读参考文献,撰写开题报告,并完成外文翻译;

4-8周:学习fluent软件,并建立二维数值波浪水槽;

9-13周:完成毕业设计报告,准备答辩。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 李胜忠. 基于fluent的二维数值波浪水槽研究[d].哈尔滨工业大学,2006.

[2] 阿如汉,涂杰楠,刘红岩,童立强,郭兆成.基于fluent数值模拟的冰湖涌浪分析——以西藏聂拉木县嘉龙错为例[j].冰川冻土,2018,40(04):837-845.

[3] 李炎保,黄凌燕,谷汉斌.不完全立波的二维数值波浪水槽模拟[j].海洋学报(中文版),2002(04):105-110.

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