二维造波水槽主动吸波的数值模拟及实验研究
摘要
21世纪是人类发展海洋经济和走向海洋的关键时期，对海洋资源开发力度不断加
大，我国顺应时代发展趋势，积极发展海洋强国战略。水池实验是船舶与海洋工程领域
孵化新装备的重要环节，在船舶与海洋工程水池实验中，存在由于池壁和结构物表面产
生的反射波，与真实海洋环境不符，从而影响目标波浪的精度及实验结果的准确性。在
上述背景下，针对二维规则波吸收问题，本文基于力反馈控制方法设计了一种在水槽末
端主动吸收波浪的装置，实现了高效率的反射波吸收。
为简化模型水池实验设计，本论文以冲箱式造/吸波为研究对象。论文首先介绍了基
本的二维冲箱造波与吸波原理，推导了最优吸波系数的公式，推导并归纳了基于力反馈
控制的主动吸波流程。其次，根据二维线性势流理论，使用边界元方法开发了二维频域
计算程序，作为后续浮子选型和实验设计的数值工具。对三种基本形状（楔形、矩形和
1/4圆形）使用频域计算程序进行了水动力评估，获得了不同浮体的吸波系数和吸波效
率，最终优选出楔形体作为目标水池的吸波浮子。为了验证力反馈吸波算法的准确性，
对楔形体开展了二维边界元时域仿真模拟，探讨了楔形体倾角、浮子排水量等对吸波效
率的影响，并在数值实验中实现了100%规则波吸收的理想工况。上述过程，为规则波
的高效率主动吸收提供了一套设计方法。
为了进一步验证力反馈规则波吸波算法在物理水槽中的效果，本文搭建了长2m×
宽0.2m×高0.32m的二维水槽，采用冲箱式造/吸波方式，开展了规则波吸波实验。经
过浪高仪实测数据分析，在波长0.3m至0.6m范围内该主动吸收算法可达到反射系数平
均4%以内，能量吸收效率99%以上。此外，与被动吸波岸相比，力反馈式主动吸波装
置在长波段可实现高效波浪吸收，弥补了传统吸波岸的短板。本文所探讨的力反馈主动
吸波算法可广泛应用于现有造波水池的升级，将服务于哈尔滨工程大学青岛创新发展基
地极端海洋环境波动场水池的建设。
关键词：主动吸波；二维波浪水槽；力反馈控制
二维造波水槽主动吸波的数值模拟及实验研究
Abstract
The21stcenturyisacriticalperiodforthedevelopmentofthemarineeconomyandthe
advancementofhumancivilizationtowardstheocean.Withtheincreasingeffortsinocean
resourceexploitation,Chinahasactivelypursueditsstrategyofbecomingamaritimepower.
Waveflumeexperimentsareanessentialelementintheincubationofnewequipmentforthe
fieldsofnavalarchitectureandoceanengineering.However,reflectionsfromthepoolwalls
andstructuralsurfacesduringshipandoceanengineeringwatertankexperimentscanresultin
inaccuraciesandaffecttheaccuracyofthetargetwaveandexperimentalresults,thereby
makingitinconsistentwithreal-worldmarineenvironments.Againstthisbackground,this
paperpresentsadeviceforactivelyabsorbingwavesattheendofawatertankusingtheforce
feedbackcontrolmethod,therebyachievinghi