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孤立波作用下海堤越浪流数值模拟
| 论文题名： | 孤立波作用下海堤越浪流数值模拟 |
| 关键词： | 越浪流;数值模拟;孤立波;复合式海堤 |
| 摘要： | 灾害性海浪始终是人类近海及沿海生产活动的一大威胁。海啸波是破坏力最强、影响范围最广的灾害性海浪,虽然几率较小,然而海啸一旦产生,没有充分防护的沿海地区无疑将遭到毁灭性的破坏。在允许越浪的工程设计中,应当增加考虑类海啸等浅水大波对海堤的破坏作用。认识孤立波等浅水大波作用下海堤越浪流流场结构流态是事关海堤设计与维护的一项基础性工作。本文采用数值模拟方法研究孤立波在斜坡堤上的越浪过程,详细考察不同海堤形式的情况下,堤顶和后坡上的越浪流水动力学特征。 本文在Flow3D软件平台上进行二次开发,建立数值波浪水槽。采用的控制方程为RANS方程与连续方程,湍流模型采用RNG k-ε模型;采用VOF方法模拟自由表面;使用Goring方法生成造孤立波。通过基本算例验证数值波浪水槽,结果表明:规则波造波与理论波形吻合良好;Goring孤立波造波方法下的数值模拟结果与目标波高一致;六组不同相对波高的孤立波直墙爬高值与孤立波爬高的高阶理论公式计算结果吻合接近;针对Hsiao&Lin(2010)的孤立波越浪实验进行了数值模拟,数值计算结果与实验结果较为一致。 使用经过验证的数值波浪水槽进行了规则波在简单斜坡堤上的越浪流数值模拟。采用四种不同堤顶宽及波高要素的工况,考察堤顶及后坡上的越浪流厚度及流速分布,并将堤顶流厚度与速度同Schüttrumpf& Oumeraci(2005)的半理论半经验公式进行比较,发现规则波作用下堤顶流厚度和速度结果与Schüttrumpf&Oumeraci公式基本吻合。数值模拟结果不仅给出了细致的流场结构,而且显示出越堤水流速度在堤顶和后坡转换处达到最大。 最后,对孤立波在简单斜坡堤和复合堤上的越浪过程进行了模拟。针对不同堤顶宽的简单斜坡堤和不同相对波高组合的12种工况,完成了海堤越浪过程的数值模拟,给出了堤顶及后坡的越浪流速度及水层厚度变化,并拟合了堤顶流厚度及速度的经验公式。针对上海化学工业区复合式海堤和500年一遇极端大潮水位,进行了孤立波越浪的数值模拟,详细考察了在这种极端浅水大波来袭的情况下越浪流流场基本特征。 |
| 作者： | 曾婧扬 |
| 专业： | 港口、海岸及近海工程 |
| 导师： | 吴卫 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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