矩形方箱浮式防波堤水動(dòng)力特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、矩形方箱浮式防波堤對(duì)于不同波長(zhǎng)的波浪所表現(xiàn)出的消浪性差異很大，波浪波長(zhǎng)越大，消浪性越差。許多學(xué)者采用物理模型與邊界元數(shù)值模擬等方法對(duì)此進(jìn)行研究，雖已取得了一些成果，但主要集中在浮堤的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)與消浪性關(guān)系上，卻缺少針對(duì)流體的研究，比如研究其流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、動(dòng)水壓強(qiáng)與消浪關(guān)系。隨著計(jì)算機(jī)與CFD（計(jì)算流體力學(xué)）技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)值波浪水池技術(shù)不斷成熟并被廣泛應(yīng)用，該方法為研究波浪與浮式結(jié)構(gòu)物相互作用問(wèn)題提供了新思路和新工具。相比于物理水槽，數(shù)值波

2、浪水池更省時(shí)省力，并且避免了比尺效應(yīng)，更為重要的是基于N-S方程的數(shù)值波浪水池可以模擬出波浪的變形、破碎等非線性問(wèn)題，這點(diǎn)對(duì)研究波浪與浮體相互作用的運(yùn)動(dòng)流固耦合問(wèn)題具有重要意義。
　　本文首先建立基于邊界元的數(shù)值模型，模型經(jīng)驗(yàn)證后對(duì)不同相對(duì)寬度下（浮式防波堤寬度W與波長(zhǎng)L之比）方箱浮式防波堤進(jìn)行模擬，以初步分析相應(yīng)工況的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為后面流固耦合模型提供支持。其次基于FLUENT軟件，采用RANS k-ε湍流模型及VOF方法進(jìn)行氣液

3、兩相流計(jì)算，根據(jù)解析松弛造波法原理及阻尼消波原理，利用UDF功能編譯程序成為附加源項(xiàng)，從而建立粘性數(shù)值波浪水池。計(jì)算結(jié)果表明:利用動(dòng)量源項(xiàng)造消波法所建立的粘性數(shù)值波浪水池不僅可以產(chǎn)生高品質(zhì)的波浪，也可以吸收透射波浪，更為重要的一點(diǎn)是可以成功消除結(jié)構(gòu)物的反射輻射波，為探討波浪與浮體作用問(wèn)題提供一個(gè)穩(wěn)定的波浪場(chǎng)。
　　最后結(jié)合已建的粘性數(shù)值波浪水池、6DOF運(yùn)動(dòng)模型與全自由度分塊移動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)建立波浪與系泊方箱浮式防波堤的流固耦合模型，

4、模擬在不同相對(duì)寬度下系泊方箱式浮防波堤的消浪特征與流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、動(dòng)水壓力等水動(dòng)力特性的關(guān)系，推導(dǎo)系泊系統(tǒng)的透浪計(jì)算公式。計(jì)算結(jié)果表明:所建立的流固耦合模型能夠反映浮體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì);方箱浮式防波堤受到的動(dòng)水壓力主要來(lái)自豎直方向;而隨著波長(zhǎng)的增加，浮堤角點(diǎn)附近所產(chǎn)生的漩渦運(yùn)動(dòng)變化越復(fù)雜，脫落越明顯，并且方箱浮式防波堤主要的消浪過(guò)程逐漸由波能反射與波間干涉轉(zhuǎn)變?yōu)槲蓜?dòng)消能與波浪做功;透浪系數(shù)與相對(duì)寬度呈乘冪關(guān)系，即浮堤寬度一定波長(zhǎng)較短時(shí)，透浪系數(shù)較低，