波浪與近岸結(jié)構(gòu)物相互作用的CIP數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、波浪在與近岸結(jié)構(gòu)物相互作用過程中常伴隨反射、折射、繞射、紊流、高次諧波的產(chǎn)生等復(fù)雜現(xiàn)象，在極端海況下還會遭遇到波面破碎、翻滾及水氣摻混等強非線性自由面大變形問題。因此，利用物理模型實驗加深對上述復(fù)雜現(xiàn)象的認(rèn)識、開發(fā)適合上述現(xiàn)象的數(shù)學(xué)模型準(zhǔn)確預(yù)測復(fù)雜海況下結(jié)構(gòu)物周圍水動力特性、波浪力和結(jié)構(gòu)響應(yīng)，對開展結(jié)構(gòu)設(shè)計和安全防護等問題的研究具有重要的工程應(yīng)用價值。本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，開展不同水深條件下，不同尺度規(guī)則波和孤立波與近岸結(jié)構(gòu)物

2、相互作用的實驗研究和數(shù)值模擬。
　　首先，在寬斷面波浪水槽內(nèi)開展波浪與潛堤、水下承臺上垂直和傾斜結(jié)構(gòu)物相互作用的實驗研究，著重研究不同水深條件下,不同尺度波浪與近岸結(jié)構(gòu)物相互作用時的波浪非線性變形、波浪在結(jié)構(gòu)物周圍的破碎過程以及結(jié)構(gòu)物周圍流場及壓力場等水動力特性的變化過程。
　　其次，基于自主研發(fā)的數(shù)學(xué)模型，開展波浪與近岸結(jié)構(gòu)物相互作用的數(shù)值模擬研究。本文數(shù)學(xué)模型以Navier-Stokes方程和連續(xù)性方程為控制方程，以高階

3、差分緊致插值曲線(CIP:Constrained Interpolation-ProfileMethod)方法為流場的基本求解器離散Navier-Stokes方程，通過多相流理論描述固-液-氣之間的相互作用，采用便于描述復(fù)雜幾何外形和運動物體邊界的浸入邊界法處理結(jié)構(gòu)物邊界，并采用精度更高的改進型雙曲正切函數(shù)(THINC/SW:Tangent of Hyperbola for INterface Capturing/Slope Weigh