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波浪与开孔沉箱相互作用的SPH数值模拟
| 论文题名： | 波浪与开孔沉箱相互作用的SPH数值模拟 |
| 关键词： | 港口工程;开孔沉箱;波浪;流体动力学 |
| 摘要： | 开孔沉箱结构因其能有效减小波浪力和结构物反射系数，近年来在海岸工程中获得较广泛应用。就目前来看，关于波浪与开孔沉箱相互作用问题的研究成果主要集中在模型实验方面，理论研究和数值模拟方面的成果相对较少。一般而言，要想得到该类问题的理论解是比较困难的，而传统数值计算方法又很难准确模拟波浪破碎等强非线性问题，近年来兴起的光滑粒子流体动力学方法（Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH）为该类问题的求解提供了新的思路。SPH方法是一种纯拉格朗日性质的无网格粒子法，它能够有效解决大变形、跟踪运动界面或自由表面问题，适用于处理波浪运动的非线性问题，这也是本文数值计算的关键手段。 本文基于SPH方法，采用CSPM-R修正后的水动力学模型，并运用改进后的动边界粒子法(DBPs)和动水压力计算模式等，建立二维数值波浪水槽，研究规则波作用下开孔沉箱结构反射系数和动水压力问题。 首先，本文给出了消波层内、外区域不同测点波面历时曲线，从历时曲线中可以看出，消波层外部测点波面历时稳定且波高基本无衰减，约为入射波高，消波层内部测点波高衰减明显，消波层末端波高为零，从而表明消波层消波性能较好。与此同时，本文还给出了右端设置直墙的数值波浪水槽内不同测点波面和压力历时曲线，并同二阶斯托克斯波理论解作对比，且计算了误差E，结果表明，SPH数值模拟结果与理论解吻合较好，误差值E小于6％。其次，本文探讨了开孔沉箱结构反射系数Kr与消浪室相对宽度B/Lc、开孔率ε以及波陡Hi/Lc之间的关系，并将本文数值计算结果同国内外相关学者研究成果作对比，结果表明，反射系数与消浪室相对宽度之间呈非线性关系，当消浪室相对宽度为0.2时，反射系数最小;反射系数与开孔率之间呈非线性关系，当开孔率约为0.3时，反射系数最小;反射系是与波陡的关系较为复杂，当开孔率为0.4时，反射系数随波陡的增大而减小，当开孔率为0.23时，波陡变化对反射系数的影响较小。最后，本文分析了开孔沉箱动水压力变化特性，结果表明，当反射系数最小时，开孔沉箱前墙前后侧测点动水压力存在近似相反的相位差。 |
| 作者： | 陈诚 |
| 专业： | 港口、海岸及近海工程 |
| 导师： | 任冰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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