大型结构砰击作用下具有自由表面的限制性水域水动力特性分析

摘要

随着在限制或开放水域进行的大型港口工程、航道工程以及桥梁工程日渐增多,对结构物砰击作用下具有自由表面的限制水域所引起的流场动力特性变化以及对周围堤岸和水下其它结构物的影响的研究显得越来越重要。其中由于某种施工需要要求分析与观察大型物体从一定的高度自由落下砰击限制水道所造成的水面兴波与水下压力场突变的问题也已经引起了越来越多工程设计与施工部门的关注。 本文采用VOF、动网格法、利用若干台多核微型计算机并行计算,考虑限制水域边界条件的约束因素,利用CFD商业软件FLUENT求解脉冲砰击压力作用下具有自由表面限制水域上的Navier-Stokes方程来分析与观察大型结构从一定的高度自由落下砰击限制水域的水面所引起的结构受力、水下柱体受力、三维流体水面波动和水下压力场变化问题。 数值模拟结果表明采用本文所提出的数值方法可以对脉冲砰击压力作用于封闭或开放水域的水面所激发起的水面波动和水下压力场变化进行有效的数值模拟。这一数值方法为工程上分析大型结构砰击限制水域水面所产生的水动力现象提供了一种实用的手段。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文研究背景

1.2主要研究方法综述

1.3砰击问题的仿真研究

1.4本文主要的研究内容和研究方法

1.5本研究的意义

1.6本章小结

第二章数值模拟的理论基础

2.1数值模拟实施软件介绍

2.2数值模拟相关理论基础

2.2.1概述

2.2.2流体动力学控制方程

2.2.3湍流模型

2.2.4控制方程的离散

2.2.5数值计算

2.2.6 VOF模型

2.2.7动网格技术

2.2.8并行计算技术

2.2.9 UDF

2.3数值模拟的实现

2.4本章小结

第三章砰击压力条件下限制水域的流体动力特性分析

3.1基本数学模型和主要数值方法

3.1.1控制方程与湍流模式

3.1.2自由表面的处理方法

3.1.3数值计算方法

3.1.4计算域的确定

3.1.5网格划分

3.1.6边界条件

3.1.7空气-水交界面处脉冲砰击压力

3.2数值模拟与结果分析

3.3讨论与结论

3.4本章小结

第四章利用并行算法分析平底结构砰击作用下具有自由表面水域的水动力特性

4.1基本数学模型和主要数值方法

4.1.1控制方程、湍流模式以及动网格控制方程

4.1.2运动平底结构和自由表面的处理方法

4.1.3数值计算方法

4.1.4计算域的确定

4.1.5网格划分与并行计算实现

4.1.6边界条件

4.1.7大型平底结构动边界

4.2数值模拟与结果分析

4.3讨论与结论

4.3本章小结

第五章矩形结构以一定倾角砰击水面所引起的流体动力特性分析

5.1基本数学模型和主要数值方法

5.1.1运动矩形结构和自由表面的处理方法

5.1.2数值计算方法

5.1.3计算域的确定

5.1.4网格划分

5.1.5边界条件

5.1.6大型矩形结构动边界

5.2数值模拟与结果分析

5.3讨论与结论

5.4本章小结

第六章平底结构砰击作用下具有水下柱体的水域水动力特性分析

6.1基本数学模型和主要数值方法

6.1.1运动平底结构和自由表面的处理方法

6.1.2数值计算方法

6.1.3计算域的确定

6.1.4网格划分与并行计算实现

6.1.5边界条件

6.1.6大型平底结构动边界

6.2数值模拟与结果分析

6.3讨论与结论

6.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢