造波理论和方法的研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文造波理论与方法研究博士研究生：李宏伟指导教师：庞永杰教授学科、专业：流体力学哈尔滨工程大学2013年6月分类号:密级:UDC:编号:工学博士学位论文造波理论与方法研究博士研究生：李宏伟指导教师：庞永杰教授学位级别：工学博士学科、专业：流体力学所在单位：船舶工程学院论文提交日期：2013年4月17日论文答辩日期：2013年6月10日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofD.EngTheRe

2、searchonTheoryandMethodofWave-generatingtechnologyCandidate:LiHongweiSupervisor:Prof.PangYongjieAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:FluidMechanicsDateofSubmission:Apr.17,2013DateofOralExamination:Jun.10,2013University:HarbinEngineeringUniversi

3、ty哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。

4、哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日造波理论与方法研究摘要在船舶与海洋工程领

5、域内，数值模拟与模型试验是解决物体在波浪中运动及波浪与结构物相互作用问题的主要技术手段。造波是数值波浪水池计算过程以及物理水池试验过程中的一项重要技术。有效的数值造波方法不但能够提高数值波浪水池的计算效率，同时也是开发物理造波机功能的有力工具。造波机是大型水池的重要设备，其系统集成与运动控制技术是实现水池造波的基础。除造波技术外，如何消除从模型及消波装置上反射回来的波浪，避免它们撞击造波板形成二次反射波从而提高数值计算及模型试验的精度，是数值水池与物理水池都必须面对的问题。本文针对数值造波方法、多向造波机的系统集成与

6、运动控制、水池造波的实现以及主动吸收造波技术进行了研究，主要内容包括：(1)基于CFD技术建立了粘性数值造波模型，采用速度边界造波方法对三维水池中二阶Stokes波的生成进行了模拟，采用质量源造波方法对孤立波的生成进行了模拟；应用混合欧拉拉格朗日自由面条件建立了基于高阶边界元法的势流数值造波模型，结合波谱相位聚焦的原理，应用该模型对摇板式造波机生成聚焦波进行了仿物理造波模拟。(2)通过对进口伺服产品进行技术解读，基于Sercos总线协议建立了多向造波机的控制系统，编写了伺服驱动器中的位置控制程序、伺服控制器中的插补程

7、序及上位机中的造波软件，实现了多向造波机的运动控制，通过正向规则波造波过程中多点同步测试，对多板同步控制进行了验证。(3)基于不规则波的线性叠加法，讨论了海洋工程模型试验中先进的白噪声不规则波的生成方法，并在水池中进行了白噪声不规则波模拟试验；讨论了单边摇板式多向造波机生成斜向波与三维波的方法，并基于多向造波机的差动控制在水池中进行了模拟试验，编写了频谱分析及方向谱分析程序,通过频谱分析与迭代修正在水池中生成了较好品质的斜向规则波、斜向不规则波及三维波。(4)基于势流理论与线性叠加原理，对主动吸收造波原理进行了推导，

8、通过理论推导将目前两种主流的主动吸收造波技术统一在一个理论框架内；从控制系统的角度诠释了主动吸收造波技术，从而将智能控制的思想引入主动吸收造波问题，提出一种新颖的主动吸收造波策略。哈尔滨工程大学博士学位论文(5)从数值仿真与物理水槽试验两个方面对本文提出的主动吸收造波方法进行了验证。在数值水池中，分别对前人方法与本文方法进行了主动吸收造波对比研