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数值波浪水池与主动吸收造波方法研究
| 论文题名： | 数值波浪水池与主动吸收造波方法研究 |
| 关键词： | 船舶工程;模拟实验;波浪水池;造波技术 |
| 摘要： | 随着计算机技术的迅猛发展，数值模拟方法成为船舶与海洋工程领域中解决水池试验的重要途径，进而衍生出数值波浪水池技术。无论对于数值水池还是物理水池，造波和吸波同为重要的研究课题。良好的造波可以保证波浪的生成品质，高效率的吸波可以降低反射波的影响提高试验精度。本文针对数值造波方法以及主动吸收造波技术两方面展开了研究： 本研究基于边界元法和混合欧拉拉格朗日方法，利用MATLAB平台建立了势流理论下的二维数值波浪水池模型，仿照物理造波，模拟了摇板和推板方式的波浪生成。在建立模型的过程中：自由面位置的更新通过一种二阶显式泰勒格式展开；边界的几何形状通过三次样条曲线来逼近；为解决边界上分布奇点的奇异性问题，采用一种特殊的高斯型积分公式和变量替换方法；自由面与刚性边界存在的角点问题通过“二重节点”技术处理；通过添加人工阻尼项实现水池消波功能。通过线性行进波、不规则波、孤立波检验模型性能。仿真结果证明该模型能够长时间稳定地模拟各类波浪且计算精度良好，数值波浪水池模型满足要求。从传统理论及控制思想两方面展开了主动吸收造波方法的研究。阐述了“时域控制方程”、“频域滤波器”以及“S面控制器”三种方法，并进行了相应的推导和设计。在数值水池的基础之上，通过低反射及全反射两种情况，对浅水推板、深水摇板进行了线性行进波主动吸收造波的数值仿真。数值仿真结果表明三种方法均实现了良好的主动吸收造波功能。采用“频域滤波器”方法，设计了具备非线性波浪（二阶 Stokes波浪）主动吸收造波的数字滤波器。针对“S面控制器”方法，给出了规则波的主动吸收造波水槽试验结果。 |
| 作者： | 彭棠 |
| 专业： | 流体力学 |
| 导师： | 庞永杰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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