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矩形方箱浮式防波堤水动力特性数值模拟研究
| 论文题名： | 矩形方箱浮式防波堤水动力特性数值模拟研究 |
| 关键词： | 方箱浮式防波堤;消浪性;运动响应;流场结构;数值波浪水池 |
| 摘要： | 矩形方箱浮式防波堤对于不同波长的波浪所表现出的消浪性差异很大，波浪波长越大，消浪性越差。许多学者采用物理模型与边界元数值模拟等方法对此进行研究，虽已取得了一些成果，但主要集中在浮堤的运动响应与消浪性关系上，却缺少针对流体的研究，比如研究其流场结构、动水压强与消浪关系。随着计算机与CFD（计算流体力学）技术的不断发展，数值波浪水池技术不断成熟并被广泛应用，该方法为研究波浪与浮式结构物相互作用问题提供了新思路和新工具。相比于物理水槽，数值波浪水池更省时省力，并且避免了比尺效应，更为重要的是基于N-S方程的数值波浪水池可以模拟出波浪的变形、破碎等非线性问题，这点对研究波浪与浮体相互作用的运动流固耦合问题具有重要意义。 本文首先建立基于边界元的数值模型，模型经验证后对不同相对宽度下（浮式防波堤宽度W与波长L之比）方箱浮式防波堤进行模拟，以初步分析相应工况的运动规律，为后面流固耦合模型提供支持。其次基于FLUENT软件，采用RANS k-ε湍流模型及VOF方法进行气液两相流计算，根据解析松弛造波法原理及阻尼消波原理，利用UDF功能编译程序成为附加源项，从而建立粘性数值波浪水池。计算结果表明:利用动量源项造消波法所建立的粘性数值波浪水池不仅可以产生高品质的波浪，也可以吸收透射波浪，更为重要的一点是可以成功消除结构物的反射辐射波，为探讨波浪与浮体作用问题提供一个稳定的波浪场。 最后结合已建的粘性数值波浪水池、6DOF运动模型与全自由度分块移动网格技术建立波浪与系泊方箱浮式防波堤的流固耦合模型，模拟在不同相对宽度下系泊方箱式浮防波堤的消浪特征与流场结构、动水压力等水动力特性的关系，推导系泊系统的透浪计算公式。计算结果表明:所建立的流固耦合模型能够反映浮体运动趋势;方箱浮式防波堤受到的动水压力主要来自竖直方向;而随着波长的增加，浮堤角点附近所产生的漩涡运动变化越复杂，脱落越明显，并且方箱浮式防波堤主要的消浪过程逐渐由波能反射与波间干涉转变为紊动消能与波浪做功;透浪系数与相对宽度呈乘幂关系，即浮堤宽度一定波长较短时，透浪系数较低，波长较大时，透浪系数较大且变化速率快;浮堤经过倒角后的在长波作用下消浪效率增高，透浪系数得到进一步的降低。 |
| 作者： | 向美焘 |
| 专业： | 水利工程；水工结构工程 |
| 导师： | 王云莉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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