[发明专利]一种确认地形变化对窄缝共振影响的方法

权利要求书

1.一种确认地形变化对波载荷影响的研究方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)建立数值波浪水槽，所述数值波浪水槽中设置一个方箱以模拟船舶，以1个所述数值波浪水槽作为一个结构单元；在所述数值波浪水槽的边界处形成入射波；

(2)建立水和空气的质量守恒和动量守恒控制方程；

(3)采用标量场α表示结构单元中水的体积分数，为1时是水，为0时是空气，1和0的中间值是空气与水的混合物；在步骤(1)的基础上，计算α的分布情况；

(4)对时间导数进行离散化；

(5)通过所述方箱表面各时间步长的压力和剪切应力来获得方箱上的波荷载。

2.根据权利要求1所述确认地形变化对波载荷影响的研究方法，其特征在于：步骤(1)中，将入射波进口边界处的速度指定为规则波的速度，并将边界处的压力梯度设置为0。

3.根据权利要求2所述确认地形变化对波载荷影响的研究方法，其特征在于：所述进口边界附近设置一个松弛区。

4.根据权利要求3所述确认地形变化对波载荷影响的研究方法，其特征在于：所述数值波浪水槽上部的边界条件设置为“空气”；在所述数值波浪水槽的右侧、底边及箱体的壁面，采用“无滑移”边界条件。

5.根据权利要求1所述确认地形变化对波载荷影响的研究方法，其特征在于：步骤(2)所述的质量守恒和动量守恒控制方程如下：

其中，代表梯度算子；u＝(u,v,w)，代表流体运动速度矢量；x＝(x,y,z)，代表笛卡尔坐标向量；t代表时间；ρ表示流体密度；p表示流体动压强；g表示重力加速度；μ表示流体动力粘度；σ_t表示表面张力系数，k_α表示表面曲率。

6.根据权利要求5所述确认地形变化对波载荷影响的系统，其特征在于：步骤(3)所述计算α的分布情况的公式为：

其中，u_r＝u_water-u_air指空气与水之间的相对速度。

7.根据权利要求1所述确认地形变化对波载荷影响的研究方法，其特征在于：步骤(4)对时间导数进行离散化的方法如下：

采用高斯积分法对梯度条件进行估算，在控制体积V_P中考虑φ的积分变换：

其中，V_P表示单元的体积；

所述高斯积分法基于从所述结构单元中心至结构单元表面的线性插值进行，散度项由高斯对流的特定格式计算。

8.根据权利要求7所述确认地形变化对波载荷影响的研究方法，其特征在于：步骤(5)所述获得方箱上的波荷载的方法包括如下步骤：

1)将方箱置于一面垂直的墙前，将方箱下方设置为倾斜的坡面；

2)在入射波的进口边界处产生不同频率和入射波高度的规则波；

3)采用内置的网格生成工具，将数值波浪水槽离散化；

4)调整入射波波高，计算获得方箱上的波荷载。

9.根据权利要求8所述确认地形变化对波载荷影响的研究方法，其特征在于：步骤3)所述将数值波浪水槽离散化的方法包括如下步骤：

生成六面体结构化网格，作为背景网格；从水底到静止的水面，设置结构单元垂直方向的尺寸逐渐减小；在方箱周围，增加水平方向单元数量；

从生成的背景网格中移除地形所占据位置的网格，形成方箱与地形的边界。

10.根据权利要求9所述确认地形变化对波载荷影响的研究方法，其特征在于：将每个所述网格的最大库郎数设置为0.25，库郎数定义如下：

其中，δt为时间步，|U|为网格内的速度模量，δx为速度方向的网格长度；如果结构单元的库郎数超过0.25，则对应的时间步长自动减小至满足库郎数小于0.25。