水槽中豎直柱體繞射問題的研究.pdf

1、在水動(dòng)力學(xué)問題的研究中，數(shù)值模擬和模型實(shí)驗(yàn)都是十分重要的研究手段。許多物理模型試驗(yàn)研究是在波浪水槽中展開的，其結(jié)果卻近似為開敞海域中的結(jié)果。然而，水槽邊壁的反射會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生顯著的影響。因此，針對(duì)水槽邊壁對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響問題開展數(shù)值研究是十分必要的。
　　本文基于線性勢(shì)流理論，在頻域內(nèi)針對(duì)水槽中固定于水底且穿透水面的等截面豎直柱體繞射問題展開研究。利用物面在垂向上不變的特征，將問題簡(jiǎn)化為對(duì)二維速度勢(shì)的求解。應(yīng)用源匯分布法構(gòu)造邊

2、界積分方程，并采用滿足水槽邊壁條件的格林函數(shù)為核函數(shù)，使用高階邊界元方法建立了數(shù)值模型。
　　在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)該方法的“不規(guī)則頻率”消除問題進(jìn)行了研究。通過(guò)與理論解和其他數(shù)值方法結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了本文建立的數(shù)值模型的可靠性。采用該數(shù)值模型，對(duì)水槽中心處圓角方形柱體和水槽偏心處圓柱體的繞射問題進(jìn)行了研究。通過(guò)本文的研究工作，得到結(jié)論如下：
　　1.虛擬阻抗封閉曲面方法可以有效地消除低頻范圍內(nèi)不規(guī)則頻率的影響，但是在高頻區(qū)域不

3、規(guī)則頻率仍然存在。計(jì)算中采用的圓形內(nèi)部虛擬曲線半徑越大，其第一不規(guī)則頻率出現(xiàn)的頻率越高，可以得到精確數(shù)值結(jié)果的頻率范圍越大。
　　2.對(duì)于圓角方形柱體的繞射問題，圓角的半徑越小，其水槽中的完全透射頻率越低，水槽中的反射系數(shù)越大；在開敞海域中，柱體上的一階波浪力和二階漂移力越大，二階漂移力還會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)峰值。
　　3.對(duì)于水槽中心處對(duì)稱截面柱體的繞射問題，當(dāng)w/L為整數(shù)時(shí)，水槽中會(huì)出現(xiàn)對(duì)稱的橫向共振。但是當(dāng)柱體側(cè)面邊界與水槽邊壁