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动量源方法模拟斜坡堤爬高和越浪

杨锦凌  
【摘要】:对于斜坡式的防浪建筑物,越来越多的学者和研究人员通过物理和数值波浪水槽模拟爬高和越浪,数值模拟具有实验室的物模实验无法比拟的优点,如费用低、不受场地因素限制、减小模型比尺效应带来的误差等等。因此,通过数值手段模拟斜坡堤的爬高和越浪正在被越来越多的学者所采用。 本文基于FLUENT软件,采用k-ε湍流模型和有限体积法,采用VOF方法捕捉自由表面,由连续性方程和动量方程推导出源项表达式,利用FLUENT的UDF宏编写程序,在数值水槽内实现造波和消波,通过计算的结果表明:本文应用的动量源造波方法较质量源造波方法一方面可以消除波浪遇结构物传到造波区的二次反射波,实现了波浪的长历时性。另一方面减小了数值波浪水槽的长度,因此减小了波浪在数值水槽内传播而出现的沿程衰减,实现了数值计算的精确性和高效性。 通过本文方法建立的无反射数值波浪水槽,依据文献中所采用的模型,验证了依据本文动量源数值波浪水槽模拟斜坡堤爬高和越浪的正确性。分别分析了越浪量的影响因素如平台宽度、平台超高和来波波陡,模拟了在有胸墙和无胸墙时,多组工况下的斜坡堤越浪量,通过绘制爬高和越浪矢量图,系统的分析了波浪在一个周期内的爬高和越浪的全部运动特性,最后通过本文的数值模拟结果和文献中的结果相对比,二者趋势一致,结果吻合良好,表明本文建立的无反射数值波浪水槽能够实现计算的精确性和高效性,对于工程实际的研究具有指导作用。


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