非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格下橢圓型緩坡方程及近岸波生流數(shù)值模擬.pdf

1、近岸海區(qū)與人類生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著很密切的聯(lián)系，近岸波、流場(chǎng)影響水工建筑物的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，并且是構(gòu)成近岸泥沙運(yùn)動(dòng)和污染物運(yùn)動(dòng)的重要原因。本文基于有限體積法建立了非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格下的橢圓型緩坡方程數(shù)值模型和近岸波生流數(shù)值模型。 首先，基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格建立了考慮波浪破碎的橢圓型緩坡方程數(shù)值模型，采用有限體積法離散模型的控制方程，并采用GPBiCG(m，n)迭代法求解離散后的方程組。給出了基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的邊界條件處理方法，使邊界處單元的離散

2、與內(nèi)部單元一致，邊界條件的處理更加簡(jiǎn)便和統(tǒng)一。 分別將波浪線性色散關(guān)系和非線性色散關(guān)系應(yīng)用于圓形淺灘地形和橢圓形淺灘地形上的波浪變形計(jì)算，將數(shù)值解與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了比較，分析了色散關(guān)系的非線性對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，驗(yàn)證了所建立的橢圓型緩坡方程數(shù)值模型的精度和適用性。并將該模型應(yīng)用于具有不規(guī)則邊界的Memos物理模型實(shí)驗(yàn)和潘軍寧的物理模型實(shí)驗(yàn)，通過(guò)非線性色散關(guān)系計(jì)算的數(shù)值結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果的比較，驗(yàn)證了本模型的可靠性和對(duì)復(fù)雜邊界的適

3、應(yīng)性。 基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，將波浪輻射應(yīng)力加入到二維淺水方程的源項(xiàng)中建立了近岸波生流數(shù)值模型，時(shí)間離散采用歐拉向前格式，空間離散則采用有限體積法的顯示格式。從波浪輻射應(yīng)力的定義出發(fā)，結(jié)合橢圓型緩坡方程中的波浪勢(shì)等變量直接計(jì)算波浪對(duì)流的輻射應(yīng)力，避免了計(jì)算波向角的困難。 應(yīng)用所建立的數(shù)值模型模擬了近岸區(qū)人工島周圍的波生流場(chǎng)，并運(yùn)用已有資料對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。同時(shí)對(duì)規(guī)則波作用下不同坡度、不同波高、不同周期、不同糙率工況下的波生沿