波浪與多孔介質相互作用的水動力特征研究.pdf

1、波浪與多孔介質相互作用的水動力特性是個十分復雜的問題，研究該課題對于海岸和近海工程具有重要的理論意義和工程應用價值。本文利用物理模型試驗和數(shù)學模型相結合的方法研究波浪與多孔介質底床、波浪與多孔介質結構物(拋石潛堤、拋石基床防波堤)相互作用的水動力特征。 首先建立了波浪與多孔介質相互作用的耦合數(shù)學模型。波浪域的控制方程為雷諾時均方程和k-ε紊流模型，采用PLIC-VOF法追蹤波浪自由表面，多孔介質內孔隙流場采用非線性Forchhe

2、imer方程，兩區(qū)域共享連續(xù)方程，最后導出的波浪域與孔隙流域的壓力修正方程具有完全相同的形式，使得能夠同時求解而不是分別求解波浪場與孔隙流場，避免了在內部邊界上給定匹配條件，實現(xiàn)了波浪場與孔隙流場的同步耦合。然后推導和建立了用動彈性固結理論求解海床在波浪作用下動力響應的有限元方程。 通過波浪水槽試驗研究了橢圓余弦波作用下平底床面上非對稱沙紋的形成和演化規(guī)律、非對稱沙紋底床上的流場特性，并進一步利用數(shù)學模型計算分析了橢圓余弦波作用

3、下非對稱沙紋床面上的流動特性和渦動特性。通過模型試驗和數(shù)值計算分析了正弦波和橢圓余弦波作用下自由沙質海床中的孔隙水壓力響應規(guī)律，分析了波浪參數(shù)和海床介質參數(shù)對孔隙水壓力分布的影響。通過建立的耦合數(shù)學模型分別研究了正弦波、孤立波與粗顆粒海床的相互作用，分析了海床厚度、孔隙率、粒徑、固有滲透率、坡度對波浪衰減和孔隙水壓力分布的影響，得到了海床內外的流場分布，對比了正弦波和孤立波的計算結果。 通過耦合數(shù)學模型研究了波浪與平底床面上拋石

4、潛堤相互作用，分析了堤高、堤寬、孔隙率對透射系數(shù)的影響，得到了堤內外的流場分布，并分析了堤附近水流的渦動特性。研究了波浪與斜坡上拋石潛堤相互作用，分析了堤寬、堤高對波浪傳播的影響，對比了可滲和不可滲潛堤周圍的流場特征。 通過模型試驗和耦合數(shù)學模型研究了波浪與拋石基床防波堤及沙質海床的相互作用。通過波浪水槽試驗研究了波浪作用下拋石基床直立堤下方沙質底床中孔隙水壓力響應規(guī)律。給定波浪場和沙質海床交界面上的壓力連續(xù)相等的條件，利用耦合