聚焦波與水流及結(jié)構(gòu)物作用的數(shù)值模擬.pdf

1、在復(fù)雜的海洋環(huán)境中，海船和海洋工程結(jié)構(gòu)有可能要承受實(shí)際海況下強(qiáng)非線性波浪的作用。聚焦波浪（也稱極值波浪、畸形波和巨波）作為一種強(qiáng)非線性波浪，具有波高極大，能量很集中，破壞力極強(qiáng)的特點(diǎn)。
　　本文采用一個(gè)基于時(shí)域高階邊界元方法的二維完全非線性數(shù)值水槽模型對(duì)聚焦波浪、水流與結(jié)構(gòu)物相互作用問題進(jìn)行了數(shù)值模擬研究工作。基于勢(shì)流理論，采用混合歐拉-拉格朗日方法追蹤流體瞬時(shí)水面，運(yùn)用四階Runge-Kutta方法更新下一時(shí)間步的波面和速度勢(shì)。

2、考慮推板式造波機(jī)做正弦運(yùn)動(dòng)使得不同頻率的波分量疊加在特定的時(shí)間和位置從而形成聚焦波。
　　本文首先通過在完全非線性自由水面條件中引入水流項(xiàng)來開展各種工況下聚焦波流場(chǎng)的數(shù)值模擬研究，并與數(shù)值結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，檢驗(yàn)所建立的數(shù)學(xué)模型及所使用的數(shù)值方法的準(zhǔn)確性。并進(jìn)一步研究了水流對(duì)聚焦波的影響規(guī)律，包括對(duì)聚焦波浪峰值的影響，聚焦位置和聚焦時(shí)間的影響等等。其他重要的參數(shù)例如:流向、流速、波幅以及頻率帶寬也進(jìn)行討論。通過快速傅立葉變換(

3、FFT)給出了波浪聚焦和解焦過程中能量譜的演變，得出水流對(duì)聚焦波浪特性影響規(guī)律的內(nèi)在原因，特別研究了強(qiáng)反向水流對(duì)高頻波分量的阻塞作用。接著對(duì)聚焦波浪與海洋工程結(jié)構(gòu)物的相互作用問題進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了不同波浪幅值、頻率寬度、結(jié)構(gòu)物位置等條件下聚焦波浪對(duì)直墻上的壓力分布以及波浪爬高的影響規(guī)律;研究了固定箱體不同吃水深度、寬度以及擺放位置時(shí)的波浪形態(tài)以及作用力效果。最后對(duì)聚焦波和水流混合與潛體的相互作用進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了流向和流速對(duì)波浪