斜坡平臺上波浪破碎變形試驗及數(shù)值研究.pdf

1、波浪是海洋中最為活躍的動力因素之一,極大部分的海洋及海岸工程都受到波浪的作用,波浪要素往往是確定工程造價、建筑物型式等最基本的參數(shù)。外海深水區(qū)的波浪傳播到近岸淺水區(qū)域時,受地形、水深、島嶼等影響后,會發(fā)生折射、反射、繞射和破碎等變化,規(guī)律極為復(fù)雜,因此,分析近岸帶的波浪破碎特性是港口海岸工程研究的重要問題之一。
　　 為解決傳統(tǒng)的單點測流方法的不足,本文基于粒子圖像測速技術(shù)PIV(PIV,ParticleImageVelocim

2、etry)對波浪破碎區(qū)的流場特性進行研究。試驗中,采用移動PIV解決多窗口流場的疊加和重構(gòu)問題,得到破碎區(qū)完整的流場特性,其中包括自由液面和流場的時空變化,詳細分析了波浪在斜坡平臺上的破碎形態(tài)、流場的分布、破碎區(qū)的渦尺度以及湍動能時空變換特性。結(jié)合頻譜手段對波浪通過斜坡平臺時的波能演化特性進行研究。結(jié)果表明,波浪通過斜坡平臺并在平臺上破碎時,波浪不對稱性加劇,破碎點流速明顯增大,水體內(nèi)部流速分布相對規(guī)則。由于斜坡的淺化影響,波浪波峰變的

3、尖銳,平臺持續(xù)淺化作用使倍頻能量出現(xiàn),波能向高頻轉(zhuǎn)換。波浪破碎后,渦量發(fā)生反向、擴散,總能量耗散明顯。
　　 其次,本文基于CFD開源工具箱OpenFOAM,通過在類邊界中植入規(guī)則波方程,并在模型的動量方程中植入阻尼項,形成阻尼消波邊界,建立了基于動網(wǎng)格的二維數(shù)值波浪水槽,利用實例驗證了模型的可靠性和有效性。最后,在建立的模型基礎(chǔ)上,對波浪通過斜坡平臺的傳播特性進行了數(shù)值模擬,詳細分析了平臺上破碎區(qū)內(nèi)流場結(jié)構(gòu)、渦尺度的生成機理和