原文传递
波浪与浮式防波堤相互作用的SPH模拟
| 论文题名： | 波浪与浮式防波堤相互作用的SPH模拟 |
| 关键词： | 浮式防波堤;光滑粒子;流体动力学;数值模拟;消波机理 |
| 摘要： | 与传统的重力式防波堤相比，浮式防波堤具有独特的优势，近些年来在海岸工程中得到了广泛的应用。浮式防波堤属于透空式结构，有利于水体交换，不会破坏水域的整体性和生态环境；地基适应性较强，建造以及拆迁方便，建筑耗材少。然而浮式防波堤的理论研究以及数值模拟方面的数值研究成果还比较少，因此开展浮式防波堤的水动力特性研究以及消波原理分析很有必要。传统的数值模拟方法在处理浮式防波堤与波浪相互作用时的波浪破碎以及流固耦合等问题时比较困难，因此本文采用新兴的光滑粒子流体动力学（SPH）数值算法来研究波浪与浮式防波堤的相互作用。 本文建立了SPH数值波浪水槽，在水槽左端设置主动吸收式造波机，水槽右端设置阻尼层来消波。在建立的SPH数值波浪水槽中，流体的控制方程为Navier-Stokes方程。固壁边界处理采用改进的动力学边界粒子法，用边界粒子周围的流体粒子的密度来修正固壁边界粒子的密度。在SPH数值波浪水槽的基础上，通过浮式结构的控制方程和流固耦合的数值实现，建立了系缆浮式结构的SPH模型。模型中浮式结构简化为刚体结构，系缆力模型采用简化的轻质弹簧模型。在浮式结构前后各设置2根浪高仪，分别记录浮式结构迎浪侧和背浪侧波面的变化。通过人工粘性系数选取检验确定了本文的人工粘性系数，将计算的波面历时曲线、浮箱的运动历时曲线及系缆力的变化过程等数值结果与实验值进行对比，验证了建立的系缆浮式结构的SPH模型。 利用建立的系缆浮式结构的SPH模型，对系缆浮式结构的水动力特性进行了系统的研究。分别考虑结构长度、淹没水深、结构密度等影响因素对浮式结构水动力特性的影响。数值结果表明，系缆浮式结构的SPH模型可以很好地模拟波浪与浮式结构相互作用时出现的波浪破碎、越浪等过程以及浮式结构附近的流场和压力场特性。通过分析浮式结构的反射波高和透射波高来研究浮式结构的消波性能。通过浮箱周围流场以及压力分布的分析，讨论了浮式结构消波的机理，为浮式防波堤的设计和研究提供了理论参考。 |
| 作者： | 李亚斌 |
| 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： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
