| 【中文题名】 | 自由面湍流场的数值模拟及其应用 |
| 【英文题名】 | Numerical Simulation of Free Surface Turbulent Flow and Its Application |
| 【学科专业】 | 流体力学 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-8-21 |
| 【中关键词】 | VOF,自由面,椭球体,出入水,数值波浪水池, |
| 【英关键词】 | VOF,free-surface,ellipsoid,water entry and exit,numerical wave tank, |
| 【分类导航】 | 数理科学和化学>力学>流体力学>粘性流体力学>湍流（紊流）> |
| 【论文摘要】 |
自由面流动广泛存在，人类的生存和发展与它有着紧密的联系，对自由面流动的研究不仅有很广泛的实际工程意义，而且在物理和数学上有重要的理论意义。由于自由面问题的复杂性，纯粹理论分析受到了很大的限制，同时实验研究在实施过程中也遇到了很多困难。随着计算机技术的进步，现代数值模拟技术有了很大发展，利用数值方法研究自由面问题已经成为当前水动力学研究的一个热点和难点。本论文基于FLUENT软件，利用VOF(流体体积)方法，结和RNG(重正化群)κ-ε模型分别对椭球体在自由面附近运动，二维圆柱出入水引起的自由面变形，水池摇板造波进行了数值模拟。主要内容如下：
在椭球体在自由面附近运动的数值模拟中，本论文一方面较详细地考察了潜椭球体在不同潜深情况下运动引起的自由面形状，阻力系数以及阻力系数与潜深的关系，另一方面较详细地考察了潜椭球体在不同傅汝德数下运动引起的自由面形状，阻力系数以及阻力系数与傅汝德数的关系。
对于水池摇板造波的数值模拟，本论文根据摇板造波原理，针对哈尔滨工程大学水池摇板式造波机的实例，利用VOF方法和动网格技术，在数值水池中模拟了带有波前的高品质二阶Stokes波，并考察了数值水池中不同... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
5-7 |
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Abstract |
7-12 |
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第1章 绪论 |
12-17 |
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1.1 自由面问题研究的背景和意义 |
12-13 |
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1.2 自由面问题的数值研究进展 |
13-15 |
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1.3 FLUENT软件简介 |
15-16 |
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1.4 本论文研究的主要内容 |
16-17 |
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第2章 自由面湍流场数值模拟的理论基础 |
17-39 |
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2.1 引言 |
17 |
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2.2 基于有限体积法的控制方程离散 |
17-26 |
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2.2.1 流体动力学控制方程 |
17-18 |
|
2.2.2 有限体积法的基本思想 |
18-20 |
|
2.2.3 有限体积法的离散格式及其基本原则 |
20-22 |
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2.2.4 积分形式的Navier-Stokes方程的离散 |
22-26 |
|
2.3 基于SIMPLE算法和PISO算法的流场数值计算 |
26-30 |
|
2.3.1 SIMPLE算法 |
27-30 |
|
2.3.2 PISO算法 |
30 |
|
2.4 湍流模型 |
30-36 |
|
2.4.1 Reynolds时均Navier-Stokes方程 |
30-31 |
|
2.4.2 k-ε湍流模型与RNG k-ε湍流模型 |
31-33 |
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2.4.3 固壁边界条件处理 |
33-36 |
|
2.5 VOF方法 |
36-37 |
|
2.5.1 VOF方法原理 |
36 |
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2.5.2 F函数的确定 |
36-37 |
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2.6 本章小结 |
37-39 |
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第3章 椭球体在自由面附近运动的数值模拟 |
39-54 |
|
3.1 引言 |
39 |
|
3.2 物理模型与网格划分 |
39-41 |
|
3.2.1 物理模型 |
39-40 |
|
3.2.2 网格划分 |
40-41 |
|
3.3 计算模型及边界条件的设置 |
41-42 |
|
3.4 数值计算结果及分析 |
42-53 |
|
3.4.1 不同潜深下的流场计算结果及分析 |
42-47 |
|
3.4.2 不同傅汝德数下的流场计算结果及分析 |
47-53 |
|
3.5 本章小结 |
53-54 |
|
第4章 数值波浪水池中Stokes波的数值模拟 |
54-63 |
|
4.1 引言 |
54 |
|
4.2 水池中生成高品质二阶Stokes波的原理 |
54-56 |
|
4.3 物理模型与网格划分 |
56-57 |
|
4.3.1 物理模型 |
56-57 |
|
4.3.2 网格划分 |
57 |
|
4.4 动边界运动规律 |
57-59 |
|
4.5 计算参数及边界条件的设置 |
59 |
|
4.6 数值计算结果及分析 |
59-62 |
|
4.7 本章小结 |
62-63 |
|
第5章 二维圆柱穿越水面过程中自由面形状的数值模拟 |
63-82 |
|
5.1 引言 |
63 |
|
5.2 物理模型与网格划分 |
63-65 |
|
5.2.1 物理模型 |
63-65 |
|
5.2.2 网格划分 |
65 |
|
5.3 计算参数与边界条件的设置 |
65-66 |
|
5.4 数值计算结果及分析 |
66-81 |
|
5.4.1 二维圆柱垂直出水的计算结果及分析 |
66-70 |
|
5.4.2 二维圆柱垂直入水的计算结果及分析 |
70-76 |
|
5.4.3 二维圆柱斜入水的计算结果及分析 |
76-81 |
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5.5 本章小结 |
81-82 |
|
结论 |
82-84 |
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参考文献 |
84-88 |
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攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
88-89 |
|
致谢 |
89 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.96985 |
