波浪與近岸結構物相互作用的CIP數(shù)值模擬及實驗研究.pdf

1、波浪在與近岸結構物相互作用過程中常伴隨反射、折射、繞射、紊流、高次諧波的產生等復雜現(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雜現(xiàn)象的認識、開發(fā)適合上述現(xiàn)象的數(shù)學模型準確預測復雜海況下結構物周圍水動力特性、波浪力和結構響應，對開展結構設計和安全防護等問題的研究具有重要的工程應用價值。本文在總結前人研究成果的基礎上，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構物

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開展波浪與潛堤、水下承臺上垂直和傾斜結構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構物相互作用時的波浪非線性變形、波浪在結構物周圍的破碎過程以及結構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)學模型，開展波浪與近岸結構物相互作用的數(shù)值模擬研究。本文數(shù)學模型以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，采用便于描述復雜幾何外形和運動物體邊界的浸入邊界法處理結構物邊界，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