基于fluent的波浪數(shù)值仿真及其對(duì)出水物體的作用分析畢業(yè)論文-文庫吧資料
2025-06-24 14:12本頁面
【正文】 m3水動(dòng)力粘度mkg/ms空氣密度rkg/m3空氣動(dòng)力粘度mkg/ms數(shù)值波浪模擬結(jié)果及分析圖24是33秒時(shí)刻的相圖，在此時(shí)刻，波形充分發(fā)展。模型的邊界條件及參數(shù)設(shè)置圖23 計(jì)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。模型的網(wǎng)格劃分 圖21 計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格劃分圖 圖22計(jì)算區(qū)域局部網(wǎng)格放大圖 ， 。采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行區(qū)域劃分。二維區(qū)域50米水深波浪模擬分析本模型將在50米水深模擬二階STOKES波，并分析其波形、壓力分布、流線等流場(chǎng)特征。在壓力分布圖中，壓力分層分布，相對(duì)于大氣壓強(qiáng)水底最高壓強(qiáng)層為48000pa。從而得出本方案所模擬的二階STOKES波不僅在波形上符合理論，其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)所體現(xiàn)的漂移力也同樣與理論吻合。初始位置水深越深，質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)速度就越小。這主要是由二階STOKES波水平速度在進(jìn)行泰勒展開后出現(xiàn)常數(shù)項(xiàng)引起的。為了驗(yàn)證二階STOKES波的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為類橢圓形狀，本文在(,)、(,)、(,)三個(gè)位置處設(shè)置初速度為零的示蹤粒子，跟蹤其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖114所示。圖113是單一波峰處的流譜。圖112 流線分布圖113 單一波峰流線分布圖112和113所顯示的是不同位置處的流線分布。同時(shí)從水平和垂直速度圖中可以看出其周期性的變化規(guī)律。通過在流場(chǎng)中測(cè)量入口截面在不同時(shí)刻的速度分布，可以繪制出圖110和111。(a) (b)圖19 水平、垂直方向理論速度分布 (a) (b)(c) (d)圖110 入口水平速度分布(a) (b)(c) (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(shí)際模擬結(jié)果的速度分布。從理論上分析二階STOKES波的周期是波長(zhǎng)和水深的函數(shù)，與波高無關(guān)。圖18是波高沿程衰減曲線。在X=，%。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(gè)觀測(cè)點(diǎn)。圖17 不同X位置處波形時(shí)變曲線比較圖17表示的是水平方向不同位置處的充分發(fā)展波形的比較。從初始時(shí)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(yùn)動(dòng)規(guī)律需要一定時(shí)間才能夠傳播到相應(yīng)的位置，加之流體在運(yùn)動(dòng)過程中受粘性作用，其波能也在不斷衰減的過程中，所以會(huì)出現(xiàn)當(dāng)波場(chǎng)傳播到相應(yīng)位置處時(shí)，波形十分微小的現(xiàn)象。隨著時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，波形逐漸趨于穩(wěn)定，及波形充分發(fā)展。X=4mX=8m X=12mX=16m圖16 不同X位置處波形時(shí)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(shí)間變化曲線。同時(shí)可看出，波峰較為尖突，波谷較為平坦，并且波峰偏離初始平衡位置的距離要大于波谷偏離平衡位置的距離。兩者之間距離與造波時(shí)給定的9米波長(zhǎng)一致。從圖中可以看到計(jì)算域中包含有兩個(gè)波形，這與9米波長(zhǎng)、20米計(jì)算域這一計(jì)算條件是相一致的。，否則計(jì)算時(shí)間將會(huì)是巨大的。保證造波震蕩的準(zhǔn)確性。通過二階STOKES波的速度勢(shì)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。其中上半部分深色區(qū)域?yàn)闅庀?，下半部分淺色區(qū)域?yàn)橐合唷Ｓ捎谟?jì)算域上部的氣流運(yùn)動(dòng)對(duì)造波過程的影響較小，所以可以將上邊界設(shè)置為壁面。總網(wǎng)格數(shù)量是17500。對(duì)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(jì)算過程中更易于收斂。模型的網(wǎng)格劃分在網(wǎng)格劃分的過程中，本模型采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格 。采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行區(qū)域劃分。在該方案中，將著重分析數(shù)值波形與理論波形的匹配、參數(shù)變化、流場(chǎng)情況以及質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡等。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。在對(duì)稱軸或者對(duì)稱平面上，沒有對(duì)流通量，因此垂直于對(duì)稱軸或者對(duì)稱平面的速度分量為0。壁面邊界條件：對(duì)于粘性流動(dòng)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。自由出流邊界條件：該邊界條件用于模擬前無法知道出口速度或者壓力的情況。 度入口邊界條件：用于定義流動(dòng)速度和流動(dòng)入口的流動(dòng)屬性相關(guān)的標(biāo)量。在二維波浪的基礎(chǔ)之上，本文將在三維區(qū)域探討二階STOKES波的數(shù)值模擬方法及其可行性。分析水深對(duì)波浪生成的影響。本章將通過設(shè)置速度入口的方式進(jìn)行造波，并驗(yàn)證方法的可行性。另一方面計(jì)算網(wǎng)格又不能過多，否則對(duì)于現(xiàn)行計(jì)算來說，計(jì)算工作量將是巨大的，時(shí)間也會(huì)很長(zhǎng)。 本課題便基于CFD技術(shù)的相關(guān)理論，建立存在海風(fēng)、海流等外界因素下的波浪流體數(shù)值模型，為其他工程提供參考三、課題研究主要內(nèi)容緒論：課題的研究背景及意義、國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀綜述、課題的主要研究?jī)?nèi)容；數(shù)值模擬方法：求解器、差分格式、湍流模型、VOF模型、UDF 模型、波浪流動(dòng)特點(diǎn)等介紹；不同波長(zhǎng)、波速、水深條件下
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