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基于FLUENT的海堤越浪数值模拟

王鹏  
【摘要】:波浪爬高和越浪量是衡量大堤防浪有效性和堤后安全性的一个重要指标。然而波浪从外海传到海岸附近水域时,波浪与海工建筑物相互作用是一个复杂的水动力过程。爬高和越浪受海堤型式,堤前水位,波浪要素等等多种因素的影响。所以,在护岸工程设计过程中越浪量的估算以及如何有效的减少越浪是一个关键问题。 本文基于FLUENT软件平台上,以RANS方程为控制方程,基于有限体积法,采用k-epsilon湍流模型,实现一种适用于VOF法的数值造波技术。通过二次开发的UDF程序实现了源造波,然后详细对比了源造波和推板造波两种造波方法,发现在波陡比较大时采用源造波更有其优势。消波方法采用多孔介质阻尼消波,通过对惯性阻力系数随x坐标线性递增的处理,避免了波浪刚传入消波段即产生反射。 通过在动量方程里添加多孔介质源项,建立带有多孔介质模型的二维数值波浪水槽,应用该数值波浪水槽,数值模拟斜坡堤上铺设不同护面块体情况下的爬高和越浪过程,通过爬高值的模拟率定出护面块体的糙渗系数与多孔介质模型中惯性阻力系数的关系,再用于模拟越浪。为了验证该越浪模型的适用性,针对多种工况进行数值模拟验证,并把得到的结果与规范值和物模实验值进行对比,结果值吻合良好,说明这种通过爬高值率定护面块体摩阻系数的方法有一定的工程适用性。 最后验证了光滑坡面时的斜坡堤越浪情况,包括有胸墙和无胸墙两种情况,和物模试验进行对比,拟合了坡度和胸墙墙高与越浪量的关系曲线,结果值吻合良好。


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