数值波浪水槽

摘要： 为了解决振动水柱式波浪能转换装置收集多向波浪问题,本文设计了半球形多向聚合波道振荡水柱气室结构,以适合远海单点波浪能采集和发电.在规则波正向入射条件下,基于流体仿真分析软件(FLUENT)、流体动力学连续性假设和粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程(Navier-Stokes方程)建立半球形振荡气室和三维数值波浪水槽模型.仿真结果表明:增设气室后壁,合理设计波道开口角度实现多向迎波捕获波浪能,优化前壁形状可降低波浪触底反射带来的能量耗散,同时提高了气室内空气压强和出气口速度,有效提升波浪能俘获效率,为后续发电的二次能量转换提供高效的空气动力.

摘要： 福建沿海地区的混合式海堤加固工程中,为提高其上部直立墙体的安全性,须重视恶劣动力条件下混合堤波压力特性,本文以福建霞浦台湾水产品集散中心物流仓储区围海造地工程为例,采用Fluent软件构建数值波浪水槽,对混合式海堤上部直立墙波压力进行数值模拟,重点分析与研究波坦L/H、基床斜坡坡度m、基床肩台相对宽度B/H、上部直立墙墙前相对水深d1/H对混合式海堤上部直立墙体波压力的影响特性。研究表明直立墙体波压力随L/H、d1/H的增加而增大,随着B/H的增加而减小,随着m的增加先增大后减小。本文研究可为相关海堤工程的设计提供参考。

摘要： 文章基于OpenFOAM的两相流求解器OlaFlow建立了考虑壁面函数边界条件的礁盘地形数值波浪水槽,利用礁盘地形上波浪传播物模试验结果验证了所建数模的可靠性。通过验证后的模型进行了不同入射波要素和水深条件下波浪在礁盘地形上传播的数值模拟,分析了波浪底部切应力在礁坪上的沿程变化,以及相对水深、入射波高和波周期对波浪底部切应力的影响。结果表明:随着礁坪上相对水深的增大,向岸和离岸切应力呈减小趋势;随着入射波高和周期增大,向岸和离岸切应力呈增大趋势;向岸切应力最大值主要出现在礁缘后方,随入射波周期增大,向岸切应力最大值出现位置向礁缘后方移动;离岸切应力最大值主要出现在礁缘处。

摘要： 台风过境产生极端波浪造成斜坡式海堤越浪,现有计算越浪量的经验公式都存在适用性的问题。为探求台风天气下舟山区域斜坡堤越浪量计算公式,基于VOF方法,对Navier-Stokes方程和k-ε方程进行求解,建立速度边界造波和阻尼消波的数值波浪水槽。在水槽中建立斜坡堤模型,通过改变影响越浪量的相关因素,模拟台风浪条件下规则波作用于斜坡堤发生越浪。将数值模拟结果与物理模型试验结果进行对比,分析确定各因子与越浪量系数的定量关系,提出一种新的计算越浪量系数的经验公式。结果表明,经验公式突出波陡与越浪量的对数关系,相对水深越大,相对堤顶超高越大,μ′值越小,越浪量越小。

摘要： 陀螺减摇器通过高速旋转的转子所产生的一个与船舶摇摆方向相反的反作用力矩而产生减摇效果.目前,对陀螺减摇器的研究通常只涉及到陀螺与船舶的相互作用,不能全面阐明陀螺减摇器对波浪中船舶的真实减摇效果.文中采用理论分析方法对陀螺减摇器的工作机理进行了分析,结果表明船舶在一定的装载状况和工况下,其横摇幅值只与波浪激励力矩和陀螺转子的动量矩有关.采用STAR-CCM+软件,建立了基于三维数值波浪水槽技术的陀螺减摇器-船舶-波浪的全系统流体力学模型,对应用于某拖船上的陀螺减摇器进行数值仿真研究.仿真结果表明:陀螺减摇器在多种工况下均具有显著的减摇效果,减摇率受到陀螺减摇器工作参数、海况参数等因素的影响;在转子转速较高,有义波高、周期及浪向角较小的工况下,陀螺减摇器具有更高的减摇率.

摘要： 模仿实验室推板造波技术,在黏性数值波浪水槽中构建了造波动边界,实现了一阶线性波、二阶斯托克斯波和孤立波的数值模拟,数值波形与理论波形吻合良好,验证了这一方法的有效性.将海绵层消浪技术与辐射边界条件结合吸收透射波能,有效减小了水槽的二次反射效应.不同水深二阶斯托克斯波的模拟结果表明,斯托克斯波理论不适用于浅水情况.提出基于四阶Runge-Kutta法直接求取浅水孤立波速度时程的思路,较传统算法更为便捷.

摘要： 应用Flow-3D软件对数值波浪水池设置了阻尼结构进行消波.与连续性方程和动量方程相似,模型中的RNG k?ε模型控制方程中,加入了体积分数和面积分数进行自由液面的追踪.基于Stokes源函数造波法产生固定的周期为6.1s,波长为58m,水深为35m的波浪,进行了不同阻尼结构纵向长度、阻尼系数和阻尼结构垂向深度等参数下的消波效果分析.将三点位置的自由液面高度作入反射波的两次分离,再将两次分离所得的反射系数取平均作为反射系数.通过多个参数组合的对比分析发现:在模型模拟中,阻尼结构长度为1.052倍波长,阻尼系数为起始0.4和末端2.0,阻尼结构的垂向深度为0.5L的参数组合模型模拟消波效果较好.并将多个模型模拟的阻尼消波后的液面高度进行定性比较,得出模型的相对消波效果与反射系数表现的结果一致,且液面平均水深与初始液面水深相比没有发生抬升.

摘要： 基于势流理论建立二维完全非线性数值波浪水槽模型,利用该模型对二维驳船结构在非线性聚焦波作用下的高频共振响应(ringing现象)进行了研究.引入高阶边界元方法解决边界值问题,应用混合欧拉-拉格朗日方法和四阶龙格库塔法模拟结构物与波浪的相互作用.引入虚拟函数法耦合求解波浪载荷与物体运动.文中对聚焦波浪的传播特性进行了数值模拟,并将数值结果与试验值进行了对比验证.基于完全非线性数值波浪水槽,研究了聚焦波浪与结构物的相互作用问题,研究结果表明当聚焦波浪主频的三倍频等于或接近物体横摇方向固有频率时,物体在横摇方向将会产生ringing现象,在聚焦波浪经过浮体之后浮体仍会以高频振动的方式持续运动,进一步分析表明导致浮体发生ringing现象的入射波频率范围较大,在海洋结构物设计中应尽量避免入射波浪的三倍频接近浮体的固有频率.

摘要： 为了分析波浪在近岸区域受到水下结构物或地形影响产生的传播变形,本文基于计算流体动力学开源程序OpenFOAM建立了数值波浪水槽,模拟了规则波在潜堤上和椭圆余弦波在潜堤地形上的传播变形,将选定位置处波面的数值结果分别与代尔夫特理工大学的试验数据、基于Boussinesq方程的数值结果相对比,所得的数值结果与已发表的结果均吻合较好.结果表明:使用OpenFOAM可以精确地模拟波浪在潜堤和潜堤地形上的传播变形,将为近岸结构物的相关研究及设计提供可靠依据.

摘要： 模仿实验室推板造波技术,在黏性数值波浪水槽中构建了造波动边界,实现了一阶线性波、二阶斯托克斯波和孤立波的数值模拟,数值波形与理论波形吻合良好,验证了这一方法的有效性.将海绵层消浪技术与辐射边界条件结合吸收透射波能,有效减小了水槽的二次反射效应.不同水深二阶斯托克斯波的模拟结果表明,斯托克斯波理论不适用于浅水情况.提出基于四阶Runge-Kutta法直接求取浅水孤立波速度时程的思路,较传统算法更为便捷.

摘要： 高阶谱方法是基于势流理论模拟波浪传播变形的数值方法,其将速度势函数展开成满足控制方程和周期性边界条件的傅里叶级数形式,运用快速傅里叶变换对空间和波数域中的物理量进行计算.高阶谱方法具有计算速度快、精度高等优点,但周期性边界条件的假设限制了其应用.借助附加速度势函数将非周期性的造波边界条件引入到高阶谱方法中,建立了基于高阶谱方法的数值波浪水槽模型,该模型利用流函数理论得到的造波边界速度实现波浪的生成.对不同波况下波浪的生成与传播进行了数值计算研究,并将结果与理论解及其他数值模型的结果进行了对比,对比结果显示,本文数值模型在保证良好计算精度的前提下有较高的计算效率.

摘要： 基于开源计算流体力学程序OpenFOAM;开发了三维源函数造波的数值波浪水槽,借此模拟圆柱周围波浪运动,并分析了圆柱表面波压力变化.通过与物理模型试验结果对比,得出所建立的模型具有合理性与正确性,可为今后实际工程的应用提供参考.

摘要： 本研究基于光滑粒子流体动力学方法(SPH)建立了无反射数值波浪水槽.控制方程为经CSPM(修正光滑粒子法)与黎曼解修正后的SPH式方程.数值波浪水槽左端设置了适合粒子法的无反射造波边界,右端设置了海绵层阻尼消波边界.根据OpenMP工作原理和弱可压缩SPH算法的特点,发展了适合多核共享内存工作站的新SPH并行算法.通过不同参数的数值计算结果验证了所建立的数值波浪水槽的稳定性,比较了并行算法与串行算法的计算效率.

摘要： 近年来,数值波浪水槽在海洋工程研究中发挥着越来越为重要的作用,成为了水波动力学研究的焦点之一。为此,基于Navier-Stokes(N-S)方程组,首先完成了二维数值波浪水槽的构建。对于N-S方程,采用FVM(Finite Volume Method)法进行离散求解;在入口边界处,模拟活塞推板运动产生了入射波;同时,利用VOF(Volume of Fluid)法对波浪自由面进行了捕捉;在数值波浪水槽尾部,通过设置人工阻尼区实现了消波。利用该二维数值波浪水槽,对典型非线性二阶Stokes波进行了仿真模拟,通过设置虚拟波高监测仪,获取了非线性二阶Stokes波发生、发展和消亡的全过程。对比校验表明,所有仿真结果均与理论精确解相吻合。

摘要： 光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics，简称SPH）方法是一种无网格粒子法，具有很强的自适应性，能够很自然的处理一些具有极大变形的问题，将SPH方法运用到波浪数值模拟中很适合处理诸如波浪破碎等问题。本文基于SPH方法建立了三维数值波浪水槽。建模中探讨了造波推板信号控制和板前波浪监控问题，提出设置吸收式造波机处理数值水槽开敞式边界的技术，有效地消除了数值水槽开敞边界波浪反射问题。利用推板或摇板式造波机生成规则波、孤立波和不规则波，将模拟结果跟实验值及解析解做对比分析，结果令人满意。SPH数值水槽中波浪具有明显的非线性，波浪能量沿程有所衰减，与物理水槽的结果吻合良好。进一步应用数值波浪水槽模拟了孤立波在斜坡上爬落变化及波浪破碎形态，表明SPH方法适宜于复杂自由表面问题的模拟。

摘要： 以不可压缩黏性流体的Navier-Stokes方程为控制方程,利用VOF方法追踪自由表面,建立了二维和三维的数值波浪水槽.提出了多孔介质消波这一仿物理消波方法,模拟了二阶和五阶Stokes波,计算了波浪在椭圆浅滩上的折射和绕射问题.模拟结果与解析解或实验结果符合良好.

摘要： 采用VOF自由表面追踪技术和SMAC数值计算方法,通过直接求解描述牛顿流体运动的Navier-Stokes方程及描述流体紊动过程的κ-ε方程建立了数值波浪水槽.将其应用于研究带胸墙斜坡堤的越浪过程中.数值计算结果与物理模型试验采集的二维影像对比结果表明模拟得到的越浪形态与二维影像基本吻合,验证了数值波浪水槽模拟越浪过程的准确性.另外,数值模拟不仅描绘出了某一时刻越浪水体的形态,还给出了水体单元在各时刻的运动矢量,从而更加完整细致地描述越浪的全过程.此数值波浪水槽可作为海堤设计的有效辅助工具.

摘要： 越浪式波能发电装置(Overtopping Wave EnergyConvertor,OWEC)通过斜坡式引浪面将不稳定的波浪能转化为蓄水池内较为稳定的势能，进而带动出水管内水轮电机转动，产生电能。本文采用基于二计算流体力学软件的二维数值模拟技术对该装置的越浪性能进行研究，通过构建基于水气两相VOF(Volume of Fluid)模型的二维数值波浪水槽，对斜坡式海堤的越浪性能进行模拟，数值计算结果与Saville等的试验值较为吻合，验证了该数值波浪水槽可用于越浪性能的研究。通过考察干舷高度、淹没深度等参数对越浪性能的影响，综合考虑越浪性能及低水头发电机的工作要求，最终给出优化的干舷高度、淹没深度尺寸。

摘要： 以淹没圆柱作为潜体代表,本文基于势流理论和时域高阶边界元方法建立了模拟波浪与淹没双水平圆柱作用的二维完全非线性数值水槽模型,数值水槽两端分别布置阻尼层来吸收出流波浪和消除入射边界的二次反射,其中入射边界前端布置的阻尼层被设置为只吸收从结构反射的波浪.并采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶Runga-Kutta方法更新下一时间步的波面和速度势,建立了四点法分离得到潜体前后的各阶锁定波和自由波.通过非线性波浪与单个淹没圆柱作用的数值模拟并与已发表试验结果对比,验证了本模型准确性.进而开展数值试验分析强非线性条件下淹没双潜体后高阶自由波幅值随不同圆柱布置形式、入射波参数、间距等因素的变化规律.

摘要： 以淹没圆柱作为潜体代表,本文基于势流理论和时域高阶边界元方法建立了模拟波浪与淹没双水平圆柱作用的二维完全非线性数值水槽模型,数值水槽两端分别布置阻尼层来吸收出流波浪和消除入射边界的二次反射,其中入射边界前端布置的阻尼层被设置为只吸收从结构反射的波浪.并采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶Runga-Kutta方法更新下一时间步的波面和速度势,建立了四点法分离得到潜体前后的各阶锁定波和自由波.通过非线性波浪与单个淹没圆柱作用的数值模拟并与已发表试验结果对比,验证了本模型准确性.进而开展数值试验分析强非线性条件下淹没双潜体后高阶自由波幅值随不同圆柱布置形式、入射波参数、间距等因素的变化规律.

摘要： 本发明提供一种短时间内在波浪水槽中产生连续聚焦波浪的造波方法，采用推板式或摇板式造波机造波，利用基于单个聚焦波的原理推导产生多个聚焦波的造波方法，该方法可以得到能够用于波浪水槽产生连续聚焦波的推板造波机位移信号，将该位移信号载入造波机造波系统，便可以在水槽中产生连续聚焦波。通过具体波浪水槽试验，验证了本发明所提出的连续聚焦波造波方法的有效性与准确性。应用本发明所提出的造波方法，可以在短时间在波浪水槽中产生多个聚焦波浪，使得聚焦波浪的重复试验成为可行方案，可以极大地缩短试验所用采样时间，提高水槽试验的效率。

摘要： 本发明公开了一种高压波浪水槽装置，包括左右对称布置的两个土建基础、造波水槽、造波活塞、工形梁、液压杆和液压泵；造波水槽与造波活塞动密封连接，用于制造波浪水槽内部的高压条件，提升造波高度；造波活塞由刚性铁板组成，通过橡胶软连接，可实现波浪形状的模拟；液压杆底部与造波活塞连接，控制造波活塞两侧及中间部位的有规律运动；液压泵与液压杆的液压管路连接，控制液压杆的升降运动，进而控制造波活塞形成不同的规则波。本发明体积小、结构简单、可提高造波高度、模拟大型风暴潮、可用于研究波浪作用下泥沙运动、海床失稳等问题。

摘要： 本发明公开了一种晃动水槽对波浪形态影响的模拟方法，此发明包括以下步骤：建立水槽模型，假定水槽内液体为无黏性、无旋度、不可压缩的理想液体，以Laplace方程作为内部计算点的控制方程，基于全拉格朗日法的观点使自由边界满足运动及动力边界条件，再以一种区域型无网格配点法——广义有限差分法，对控制方程进行离散，利用二阶龙格库塔法对时间进行离散求出下一时刻物理量，如此循环直至时间的终止时刻，便可模拟出晃动水槽对波浪形态影响的过程。根据本发明的物理实验验证发现数值模拟得到的晃动效果与实际吻合，利用本发明可减少更多的工作量，不仅成本低、效率高，较好的解决了现有技术中的不足，还能通过数值模拟观察到实验中难以捕捉到的微小细节，也可直接的讨论在参数发生变化的情况下对结果造成的影响。

摘要： 本发明公开了一种使用“虚拟仿真+数值模拟”双向融通开发波浪水槽的方法，属于波浪水槽实验技术。该方法包括：首先使用直角坐标系和C网格构架离散网格以及Fortran95程序算法建立波浪水槽数学模型；然后借助HTML和JavaScript相关技术对输入的波浪水槽模型参数进行处理，使用cmd命令和scilab科学计算软件对处理结果进行可视化呈现。本发明将虚拟仿真技术和数值模拟技术有效结合使用，能够通过设置参数指标模拟出复杂的水下动力机制环境，帮助学生牢固掌握实验教学内容；借助HTML和JavaScript相关技术对所输入的参数进行文件处理，模拟不同的水下动力机制环境；利用scilab软件将模拟结果呈现出来，使学生获得直观的感受，有助于海洋专业教学。

摘要： 本发明提供一种短时间内在波浪水槽中产生连续聚焦波浪的造波方法，采用推板式或摇板式造波机造波，利用基于单个聚焦波的原理推导产生多个聚焦波的造波方法，该方法可以得到能够用于波浪水槽产生连续聚焦波的推板造波机位移信号，将该位移信号载入造波机造波系统，便可以在水槽中产生连续聚焦波。通过具体波浪水槽试验，验证了本发明所提出的连续聚焦波造波方法的有效性与准确性。应用本发明所提出的造波方法，可以在短时间在波浪水槽中产生多个聚焦波浪，使得聚焦波浪的重复试验成为可行方案，可以极大地缩短试验所用采样时间，提高水槽试验的效率。

摘要： 本发明公开了一种基于摄影测量的小水槽波浪要素的提取方法，其特征在于，包括水槽、造波器、吹风设备、消波板和摄像机；造波器制造波浪，吹风设备制造风浪，通过水槽的一侧的造波器造波，造波器下方是一个楔形块体，造波器以设定频率上下移动楔形块体，楔形块体的斜面与水面接触，对水面起力的作用，做上下运动，形成波浪；在水槽远离造波器的另一侧放置消波板，消波板削弱波浪遇水槽壁后产生的反射波所造成的误差；包括如下步骤：100：视频录制与图像提取；200：RGB数据提取；300：灰度处理；400：欧拉法提取波形、波高和周期；500：拉格朗日法提取波速和波长；600：海浪频谱提取并获取谱峰周期、平均周期及平均波高。

摘要： 本发明属于海岸和近海工程模型试验技术领域，提出了一种波浪试验水槽的二维激光扫描测量装置。该波浪试验水槽的二维激光扫描测量装置包括支撑框架、连接调平装置和二维激光扫描仪；利用连接调平装置，将二维激光扫描仪固定在试验水槽上方的任意位置，并可以快速改变位置；快捷方便地调平二维激光扫描仪，使其扫描平面与水槽底面垂直，获得精确的垂向剖面轮廓。能够同时测量自由水面和水下构筑物剖面轮廓，适用性广泛，可开展各种波浪模型试验，例如海岸地貌演变、水流泥沙冲刷、护岸工程稳定性等。

摘要： 本发明公开了微型波浪水槽试验系统，包括水槽主体、以及安装在水槽主体上的造波系统和波浪采集分析系统；造波系统包括控制箱、电机、丝杠和推板，控制箱中的控制器与电机通过导线连接，丝杠的一端固定连接在电机的输出端，丝杠的侧壁设置有滑动架，滑动架的底部固定连接有推板；波浪采集分析系统包括数字波高仪和数字压力传感器；本发明提供的技术方案中，采用造波系统在水槽主体中制造波浪，数字波高仪和数字压力传感器运用电容式原理和压阻式的原理对造出的波的波高、压力进行精确测量，从而保证该系统产品成本低，占用面积小，使用方便，特别适合相关专业的大学、职业高校等教学及原理演示。

摘要： 本发明公开了一种用于海洋工程波浪水槽试验的自动化定位与运动装置，包括机架、电控箱、两个直线滑台和两个移位机构，两个所述直线滑台沿所述机架的中心线对称分布，每个所述移位机构包括一个沿宽度方向的第一直线轨道、一个沿垂直方向的第二直线轨道、伺服电机、一个法兰盘，所述直线滑、第一直线轨道、第二直线轨道两端均装有限位阀门；每个所述移位机构沿长度方向的运动由两个所述伺服电机驱动；每个所述移位机构沿宽度方向的运动由所述伺服电机驱动；每个所述移位机构沿垂直方向的运动由所述伺服电机驱动；所述移位机构下端的法兰盘具有两个方向的旋转自由度，绕长度方向的旋转运动由伺服电机驱动，绕垂直方向的旋转运动由伺服电机驱动。

摘要： 本发明属于波浪数值水槽技术领域，提供了一种基于Fluent UDF的一种数值波浪水槽造波方法。本方法采用边界元方法建立的推板式造波机模型的基本思路，建立了一个新的造波函数及波浪消波算法，在基于Navier‑stokes方程的FLUENT软件二次开发中，造波板边界采用FLUENT的动网格技术，只建立速度边界条件，压力和速度项不耦合，这样稳定性更高。同样道理，在造波板和波浪数值水槽远端添加波浪阻尼层，只吸收速度项。研究中应用VOF法来追踪波浪的自由表面运动。应用该波浪数值水槽造波方法可以研究复杂的非线性波浪与结构物相互作用问题。