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堤前波浪数值模拟及可视化研究

张尚华  
【摘要】: 波浪作用是海堤等近岸建筑物设计和施工时必须重点考虑的问题之一,它关系着沿海地区的安全。本文建立了堤前波浪数值模型,并以此为基础初步设计了堤前波浪数值模拟的可视化软件,以期作为较为便利的工具,为海堤合理设计方案的选择提供依据。 ⑴首先建立了波浪数值水槽,通过求解雷诺方程和连续方程,模拟了堤前的波浪场。采用源造波法实现了模拟不规则波长时间连续造波并消除了波浪遇建筑物产生的反射波的影响。对开敞边界,采用了海绵阻尼消波层和sommerfeld条件相结合的处理方式。对自由表面采用了VOF法处理。波面及波谱数值计算值与理论值吻合很好,波浪力数值计算结果与《海港水文规范》推荐公式、合田良实公式及试验结果基本一致,说明所建立的数值波浪水槽合理可行。 ⑵利用建立的波浪数学模型分别对直立堤前的波浪场和复杂结构形式海堤堤面波浪作用进行了研究。通过计算在规则立波、不规则立波、规则远破波、不规则远破波作用下直立堤前的速度场,分析了各速度场之间的差异,总结了堤前底部速度沿程变化规律,探究了堤前冲淤形态的形成机理。并对几种复杂形式海堤堤面波浪力进行了计算,揭示了不规则波作用下复杂结构形式海堤波浪力分布规律,模拟了堤前波浪形态变化,为探讨合理的海堤结构形式提供了依据。 ⑶为了增强本模型的实用性,实现计算结果的可视化,初步开发了波浪数值模拟可视化软件。


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