有航速三維浮體非線性波浪力數(shù)值計算研究.pdf

1、本文應(yīng)用勢流理論和頻域方法研究了三維浮體在深水域波浪中航行時的非線性繞射問題,該問題包括非線性興波問題和非線性繞射問題.本文應(yīng)用Stokes非線性波理論的方法,將流場速度勢和波面升高攝動展開,推導(dǎo)了一階、二階興波速度勢和繞射速度勢的自由面條件,并且繞射速度勢的自由面條件中包含非線性的興波速度勢.文中,一階繞射速度勢的輻射條件采用了與定常流動完全相同的自由面網(wǎng)格錯位的數(shù)值方法,并推廣應(yīng)用到二階繞射速度勢.勢流問題大量采用邊界元方法數(shù)值求解

2、.本文采用非均勻有理B樣條(NURBS)方法精確表達三維物體表面,物面及物面函數(shù)的高階導(dǎo)數(shù)連續(xù);采用非奇異方法在物體內(nèi)部和自由面上方布置Rankine源,不存在積分方程的奇異性,無不規(guī)則頻率現(xiàn)象,并且速度勢在物面的導(dǎo)數(shù)可以直接函數(shù)求導(dǎo).在本文的數(shù)值計算中,影響計算結(jié)果收斂的主要因素有:非奇異源的物面內(nèi)潛深度、自由面上的提升高度、自由面的計算范圍以及自由面和物面邊界上配置點的間距(或數(shù)量).本文選取足夠的自由面計算范圍和邊界配置點數(shù)量,討

3、論了物面內(nèi)潛深度和自由面上提升高度對計算結(jié)果收斂的影響,并建議了內(nèi)潛距離的計算表達式,獲得了一致收斂的數(shù)值解.本文研究了潛水橢球和Wigley船型的興波問題和繞射問題,計算了非線性的興波阻力系數(shù)、縱向一階波浪擾動力和二階倍頻波浪擾動力,以及興波波形和繞射波形.并將興波阻力系數(shù)、一階波浪擾動力的計算結(jié)果與試驗結(jié)果和他人的計算結(jié)果進行了比較,吻合程度較好.文中還就流動的非線性對物體的波浪擾動力和自由面波形的影響進行了討論.本文的關(guān)鍵是通過求