基于fluent的波浪數(shù)值仿真及其對出水物體的作用分析畢業(yè)論文-全文預(yù)覽
【正文】 (d)圖111 入口垂直速度分布圖1圖110分別表征的是速度入口的理論速度分布和實際模擬結(jié)果的速度分布。圖18是波高沿程衰減曲線。為了進(jìn)一步分析波高沿程衰減的情況，沿水平方向等距的取10個觀測點。從初始時刻，速度入口進(jìn)行周期性的變化，但由于流體并非剛性體，所以造波源的運動規(guī)律需要一定時間才能夠傳播到相應(yīng)的位置，加之流體在運動過程中受粘性作用，其波能也在不斷衰減的過程中，所以會出現(xiàn)當(dāng)波場傳播到相應(yīng)位置處時，波形十分微小的現(xiàn)象。X=4mX=8m X=12mX=16m圖16 不同X位置處波形時變曲線圖如上圖16所示，為水平方向不同位置處的波形隨時間變化曲線。兩者之間距離與造波時給定的9米波長一致。，否則計算時間將會是巨大的。通過二階STOKES波的速度勢函數(shù)編寫相應(yīng)的UDF文件，從而控制造波源處的速度變化。由于計算域上部的氣流運動對造波過程的影響較小，所以可以將上邊界設(shè)置為壁面。對于本模型，結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格可以保證網(wǎng)格與流體速度方向一致，這種模型在計算過程中更易于收斂。采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行區(qū)域劃分。二維區(qū)域5米水深波浪模擬分析在二維區(qū)域、5米水深的條件下進(jìn)行二階STOKES波的數(shù)值模擬。壁面邊界條件：對于粘性流動問題，F(xiàn)LUENT默認(rèn)的設(shè)置是壁面無滑移條件但也可指定壁面切向速度分量，給出壁面切應(yīng)力，從而模擬壁面滑移。 度入口邊界條件：用于定義流動速度和流動入口的流動屬性相關(guān)的標(biāo)量。分析水深對波浪生成的影響。另一方面計算網(wǎng)格又不能過多，否則對于現(xiàn)行計算來說，計算工作量將是巨大的，時間也會很長。許多海洋工程事故的發(fā)生都與非線性因素有關(guān)，結(jié)構(gòu)物的破壞往往發(fā)生在連續(xù)幾個大波的極端狀況下。因此，建立波浪的三維數(shù)值模型分析計算便具有了很重要的意義對于波浪與物體的相互作用，人們已經(jīng)進(jìn)行了長期的研究。項目分析結(jié)果將對解決水下導(dǎo)彈發(fā)射等實際工程問題起到參考借鑒作用。物理模型實驗主要是通過在波浪水槽中進(jìn)行的實驗來研究波浪，采用PIV實驗對流場進(jìn)行跟蹤；數(shù)值模擬則是通過建立數(shù)值模型，通過GAMBIT、FLUENT等CFD軟件來進(jìn)行離散計算?；贔LUENT的波浪數(shù)值仿真及其對出水物體的作用研究一、課題研究目的物體出水運動是一個涉及氣液兩相問題的三維非定常過程。目前解決該問題的研究手段主要有物理模型實驗與數(shù)值模擬等。所以此項目將采取以數(shù)值計算為主，微型實驗為輔助的方式開展。另一方面，水下打撈和導(dǎo)彈水下發(fā)射等一系列軍民項目工程也都受到波浪力的影響。線性理論忽略了實際波浪問題的一些重要的特征，使得很多現(xiàn)象無法解釋。一方面在模擬過程中要保證數(shù)值波浪的品質(zhì)，從而在充分發(fā)展的波浪計算域中能夠正確分析其對運載器的影響。在二維計算模型中，將在水深分別為5米和50米的兩種工況下對波長9米、波高1米、。其中應(yīng)用的邊界條件有：速度入口、自由出流、壁面以及對稱邊界。出口流動符合完全發(fā)展條件，出口處，除了壓力之外，其他參量梯度為0。在對稱軸和對稱平面上，沒有擴(kuò)散通量，即垂直方向上的速度為0。方案設(shè)計考慮所要模擬波浪的波形參數(shù)，建立20m10m的二維計算區(qū)域。對于規(guī)則區(qū)域結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的質(zhì)量很高，并且比非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的數(shù)量要少。模型的邊界條件及參數(shù)設(shè)置圖13 計算區(qū)域局邊界條件設(shè)置圖將左側(cè)邊界設(shè)置為速度入口，右側(cè)邊界設(shè)置為自由出流邊界。表11 流場計算物性參數(shù)表水密度rkg/m3水動力粘度mkg/ms空氣密度rkg/m3空氣動力粘度mkg/ms在初始時刻設(shè)置20m5m的區(qū)域為液體，流場中氣液兩相物性參數(shù)如表11所示。造波過程中涉及到氣液交接面即自由表面的處理問題，本模型選擇VOF模型作為處理該問題的方法，并且考慮流體的重力。圖14 圖15 、理論波形曲線在圖15中，虛線所代表的數(shù)值模擬結(jié)果與實線所代表的理論波形較為吻合。這是符合理論上的二階STOKES波波形的。對比X=8m、X=12m、X=16m處的波形圖可以發(fā)現(xiàn)，距離速度入口越遠(yuǎn)其波形的發(fā)展時間越長，形成穩(wěn)定波形也就越緩慢。在粘性耗散影響下，距速度入口較遠(yuǎn)的X=16m處，其波高最小。隨著波浪的傳播，波高逐漸衰減，在X＝%。這一點可以從色散方程 中看出。在圖110和111中，速度隨水深逐步增大，當(dāng)達(dá)到自由表面以上的氣體位置處時，速度迅速減小為零。圖112是經(jīng)過直線Y=5的所有流譜?？梢悦黠@看出，各粒子經(jīng)過相同時間的運動，軌跡為不封閉的類橢圓曲線。這一結(jié)果同樣與理論分析保持了較高的一致性。符合5米水深的壓強分布規(guī)律。所模擬的二維波浪參數(shù)為：波高1米，波長9米，水深為50米。由于計算域上部的氣流運動對造波過程的影響較小，所以可以將上邊界設(shè)置為壁面。由于計算區(qū)域的加大，波浪在傳播過程中，伴有明顯的衰減。證明在水深增加的情況下，本文所用的造波方法同樣可以得到高品質(zhì)的波浪。 (a) (b)圖26水平方向理論、模擬速度分布 (a) (b)圖27 垂直方向理論、模擬速度分布
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