波浪的三维数值模拟及其应用

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1、天津大学硕士学位论文波浪的三维数值模拟及其应用姓名：张婷申请学位级别：硕士专业：港口、海岸及近海工程指导教师：张庆河20090501摘要波浪是海洋工程中最常见的一种动力因素，其对结构物产生的荷载是结构强度分析、设计不可或缺的重要荷载之一。研究波浪与海洋工程结构物的相互作用具有非常重要的意义。本文基于计算流体动力学软件Flow3D，建立了模拟波浪与建筑物相互作用的三维数值波浪水池，模型采用VOF法进行自由表面追踪，RNGk一占模型模拟紊流，并用孔隙结构结合出流边界进行消波，经验证模型具有较好的造波和消波效果，能很好地模拟三维波浪传播。为

2、验证所建模型在模拟波浪与结构物相互作用过程中的准确性，分别对波浪与小尺度桩柱、大尺度圆柱及透空式水平面板之间的相互作用进行了三维模拟计算。结果表明，所建的三维数值波浪水池能准确计算出作甩在结构物上的波浪力，并且能较好地模拟波浪遇结构物时发生的流场和波面变化。将所建模型应用于波浪与自升式海洋平台相互作用的三维数值模拟，模拟结果表明，在50年一遇波浪作用下，平台桩腿所受波浪力比按线性理论利用Morison公式计算出的波浪力略大，二者总体变化趋势吻合较好。通过对比作用在沉垫上的动水压力发现，在工程中按线性波理论估算波压力的方法，低估了波谷通

3、过时沉垫所受的波浪动水压力。最后为了优化平台设计，本文对比分析了在100年一遇波浪作用下不同船体高度情况下平台结构的受力变化，得出了船体高度变化对平台受力的影响，计算结果可作为平台结构设计的参考依据。关键词：数值波浪水池Flow3D软件波浪力自升式海洋平台ABSTRACTWaterwavesareoneofthemostcommondynamicfactorsintheoceanengineering．Theloadonoffshores姗ctIlr．egeneratedbywavesplaysallimportantroleinth

4、estructuredesignandstrengthanalysis．Itisofgreatsignificancetoinvestigatetheinteractionbetweenthewaveandoffshores廿ucnlI．e．Inthepresentthesis，athree-dimensionalnumericalwavebasinbasedonCFDnumericalmodelFlow3Disbuilttostudytheinteractionbetweenwaveandoffshores饥lc诅】re．Volum

5、eofFluid(VOF)methodisappliedtocapturethefreesurfaceofthewave，RNGk--gmodelischosentosimulatetheturbulenceandaporousstructureisputinthefrontoftheouffiowboundarytoabsorbingthewaveenergy．IthasbeenvalidatedthatthiswaveabsorbingsystemCanbeveryeffectiveandthepropagationofthewa

6、veCanbewelldescribedbasedonthismodel．InordertOvalidatethemodelonthecalculationofwaveload，3Dwavesaroundsmall-diametercylinder，large—diametercylinderanddeckaresimulated．TheresultsofthesimulationsshowthatthevariationofwavepassingthroughstructureCallbewellpresentedandthewav

7、eforceactingonthes111lcturesarepredictedaccurately．Basedonthe3Dmodel，waveloadsonajack-upplatformarealsosimulated．Underthemaximumwavewith50一yearsreturnperiod，thevariationtrendsoftheloadactingonthelegsareingoodcomparisonwithMorisonequation,butalittlelargerthanthetheoretic

8、results．Itcallbeconcludedfromthewavepressureactingonthematthattheresultcalculatedbythesmallamplitudewavetheory