用雷諾時(shí)均模型模擬孤立波、均勻流與海工結(jié)構(gòu)物的相互作用.pdf

1、實(shí)際中的海岸動(dòng)力環(huán)境特別復(fù)雜,一般來講都是以波浪和水流聯(lián)合作用的形式出現(xiàn)的,波浪、水流的聯(lián)合作用對(duì)于近岸泥沙、污染物的輸移以及對(duì)于海洋結(jié)構(gòu)物安全性的影響,要比單純的波或者流的作用要復(fù)雜得多.因此研究波浪和水流的相互作用機(jī)理,已成為非線性科學(xué)的前沿課題,越來越受到國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的高度重視,并且對(duì)于開發(fā)利用海洋及其沿海資源、保護(hù)海洋環(huán)境具有重要的意義和緊迫性. 本文基于時(shí)變雷諾方程和k-ε湍流模型,采用能模擬波浪破碎的流體體積函數(shù)(

2、VOF)方法跟蹤波動(dòng)自由表面,建立了可以模擬孤立波、均勻流和各種結(jié)構(gòu)物相互作用的立面二維數(shù)學(xué)模型.采用能消去造波板二次反射的可吸收式數(shù)值造波機(jī)造波；在開邊界處采用了適合本模型的海綿吸收方法對(duì)波流進(jìn)行吸收；對(duì)自由表面的處理,采用精度較高的Youngs算法計(jì)算網(wǎng)格內(nèi)的流體體積函數(shù)的值,在網(wǎng)格內(nèi)用斜線段重構(gòu)自由表面. 雷諾方程的求解采用兩步投影法:第一步,不考慮壓強(qiáng)梯度對(duì)速度場(chǎng)的貢獻(xiàn),即在動(dòng)量方程中略去壓力梯度項(xiàng),且時(shí)間項(xiàng)采用時(shí)間向前

3、差分,得到中間速度場(chǎng). 第二步將此速度場(chǎng)向無散度的空間投影,得到滿足連續(xù)性方程的流場(chǎng).為了驗(yàn)證模型在計(jì)算流體作用力、造波性能和自由面模擬等方面的準(zhǔn)確性,本章分別用圓柱繞流、孤立波造波和孤立波在斜坡上的爬高等算例進(jìn)行了驗(yàn)證,數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好. 利用本文建立的數(shù)學(xué)模型,對(duì)孤立波、均勻流分別在順流、逆流情況下與處于不同水深的圓形潛堤的相互作用進(jìn)行了模擬,分析了自由表面對(duì)圓柱的水動(dòng)力學(xué)特性的影響,以及圓柱附近的波面變化