港工建筑物波浪紊流数值模拟研究

【摘要】： 港口作为社会基础设施,有效的推动了国民经济的发展和人民生活水平的提高。为适应国际贸易需求和运输船舶向大型化发展的趋势,港口的规模将越来越大,对航道水深要求也越来越高。而在有限的自身掩护的天然深水港址开发殆尽之后,港口建设逐步进入水深浪大的海域。这样波浪对港口建筑物中较为普遍的防波堤、大直径圆筒等结构物的作用以及建筑物周围波浪的变形及流态越来越引起人们的关注。 本文主要围绕波浪紊流状态下几种代表性港工建筑物的受力情况及其对波浪流速场、波面等的影响情况展开研究。文章中介绍了目前的几种自由面跟踪方法,比较各自的优缺点,最后选择采用VOF法来捕捉波浪与空气的交界面。介绍了紊流数值模拟中常用的方法和与之紧密联系的紊流模型,对这些模型作出理论分析比较,并以方型防波潜堤为例,分析比较了层流、用k ?ε紊流模型封闭雷诺应力项和Smagorinsky大涡模拟三种计算结果的异同。在OpenFOAM这一面向对象的CFD库的基础上,将面向对象这种编程思想运用到数值波浪模拟当中,便于更改边界条件、控制方程和添加紊流模型。对于波浪传播中遇方形出水堤、半圆潜堤和大直径圆筒时,波面、流速的变化情况,以及建筑物面上受到的波压力情况进行分析研究。为防波堤和大圆筒型结构的安全分析、经济设计提供了参考。