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复合人工边界条件特性研究及在水波问题的应用
| 论文题名： | 复合人工边界条件特性研究及在水波问题的应用 |
| 关键词： | 复合人工边界;多次透射公式;阻尼区;数值水池;不规则波;数值模拟 |
| 摘要： | 在船舶与海洋结构物的设计阶段，人们最关心的问题莫过于作用其上的环境载荷，以及结构物的运动特性。许多研究人员青睐于采用基于Rankine源的边界元方法来研究其中所涉及到的水动力学问题。Rankine源方法模拟波浪在无穷流域的传播时，由于计算能力的限制，需要在所关心的流域附近采用远方控制面将流域截断。在远方控制面上(或附近)使用一定的消波方法，使得有限流域内数值模拟的结果与实际情形最大程度上类似。 现今世界上存在的几种消波方法都有各自的局限性，在面对许多问题时，这些方法都捉襟见肘。近年来，段文洋等人提出了一种将多次透射公式(MTF)和阻尼区方法复合起来使用的消波方式(本文称为“复合人工边界条件”，H-MTF)，并给出了许多可信的计算结果。 本文在势流理论的框架下，编写了基于二维高阶边界元和三维常数边界元的数值计算程序，分别采用MTF、阻尼区和H-MTF三种消波方法，在时域中模拟了线性水波及其与物体的相互作用问题。通过一系列的对比分析，对H-MTF方法的优势及其在水波问题模拟中的应用前景有了较清晰的认识。 通过对二维和三维数值波浪水池的数值模拟，可以看出，H-MTF能很大程度上改善MTF和阻尼区方法各自的不足，在模拟不规则波方面具有较大的优势。并且将H-MTF方法拓展应用到三维问题后，该方法可以避免MTF的三维反射效应。 本文还在箱型和柱形流域内模拟了开阔水域中穿透自由表面的直立圆柱的绕射问题。可以得出结论，H-MTF方法对远方控制面形状和阻尼区形状的要求并不高，其适应性非常强。这样以来，H-MTF便有了解决实际三维工程问题的价值。本文最后在三维数值波浪水池中模拟了直立单圆柱和双圆柱的绕射问题，初步证实H-MTF方法用于模拟实际工程中更复杂问题的潜力和可行性。 |
| 作者： | 张崇伟 |
| 专业： | 流体力学 |
| 导师： | 段文洋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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