基于VOF方法的非線性波浪數(shù)值模擬研究與應(yīng)用.pdf

1、波浪在復(fù)雜地形上的傳播以及與結(jié)構(gòu)物的相互作用是海岸、海洋工程等最為關(guān)注的問題之一，開展非線性波浪的數(shù)值模擬研究具有重要的理論意義和較高的工程應(yīng)用價(jià)值。本文利用計(jì)算平臺(tái)的用戶接口功能，從計(jì)算模型、程序?qū)崿F(xiàn)、數(shù)據(jù)存取、結(jié)果分析等多個(gè)方面對(duì)平臺(tái)進(jìn)行了改進(jìn)，建立起了基于粘性流理論和VOF方法的、可有效模擬非線性波浪問題的數(shù)學(xué)模型。 數(shù)值造波、消波方法是否合適、有效是決定非線性波浪數(shù)值模擬成功與否的關(guān)鍵性問題之一。本文針對(duì)有限水深下的St

2、okes波理論，詳細(xì)分析和評(píng)述了不同的數(shù)值造波技術(shù)，為不同情況下采用何種造波方法提供了指導(dǎo)性意見；根據(jù)多孔介質(zhì)的消能原理，從滲流力學(xué)的達(dá)西定律及相關(guān)理論出發(fā)，提出了多孔介質(zhì)數(shù)值消波的概念和方法。以此為基礎(chǔ)，探討了二階和五階Stokes波理論的適用性，成功模擬了三維橢圓淺灘上的波浪折射和繞射問題。 孤立波和橢圓余弦波是近岸淺水區(qū)常見的兩種非線性波浪形式。本文在對(duì)孤立波不同造波方法進(jìn)行充分調(diào)研和分析比較的基礎(chǔ)上，發(fā)展了可以大幅節(jié)省計(jì)

3、算資源的非均勻網(wǎng)格下的移動(dòng)網(wǎng)格模型，得到了VOF方法框架下的定常孤立波，系統(tǒng)、準(zhǔn)確的模擬了孤立波在常水深下的傳播以及在斜坡上的淺化、破碎和爬高等全過程。針對(duì)橢圓余弦波，采用了整合不同編程語言的技術(shù)，部分的解決了橢余波編程技術(shù)中普遍存在的計(jì)算較為繁復(fù)的問題。討論了一階和二階橢余波理論在數(shù)值模擬中的不同表現(xiàn)，將VOF方法成功的應(yīng)用到了橢余波在圓柱周圍的爬高問題中。 通過將不規(guī)則波的水位和流速數(shù)據(jù)導(dǎo)入上述工作建立起的非線性數(shù)值波浪水槽