矩形方箱浮式防波堤水動力特性數(shù)值模擬研究.pdf

1、矩形方箱浮式防波堤對于不同波長的波浪所表現(xiàn)出的消浪性差異很大，波浪波長越大，消浪性越差。許多學者采用物理模型與邊界元數(shù)值模擬等方法對此進行研究，雖已取得了一些成果，但主要集中在浮堤的運動響應與消浪性關(guān)系上，卻缺少針對流體的研究，比如研究其流場結(jié)構(gòu)、動水壓強與消浪關(guān)系。隨著計算機與CFD（計算流體力學）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用，該方法為研究波浪與浮式結(jié)構(gòu)物相互作用問題提供了新思路和新工具。相比于物理水槽，數(shù)值波

2、浪水池更省時省力，并且避免了比尺效應，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、破碎等非線性問題，這點對研究波浪與浮體相互作用的運動流固耦合問題具有重要意義。
　　本文首先建立基于邊界元的數(shù)值模型，模型經(jīng)驗證后對不同相對寬度下（浮式防波堤寬度W與波長L之比）方箱浮式防波堤進行模擬，以初步分析相應工況的運動規(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方法進行氣液

3、兩相流計算，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，從而建立粘性數(shù)值波浪水池。計算結(jié)果表明:利用動量源項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題提供一個穩(wěn)定的波浪場。
　　最后結(jié)合已建的粘性數(shù)值波浪水池、6DOF運動模型與全自由度分塊移動網(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、模擬在不同相對寬度下系泊方箱式浮防波堤的消浪特征與流場結(jié)構(gòu)、動水壓力等水動力特性的關(guān)系，推導系泊系統(tǒng)的透浪計算公式。計算結(jié)果表明:所建立的流固耦合模型能夠反映浮體運動趨勢;方箱浮式防波堤受到的動水壓力主要來自豎直方向;而隨著波長的增加，浮堤角點附近所產(chǎn)生的漩渦運動變化越復雜，脫落越明顯，并且方箱浮式防波堤主要的消浪過程逐漸由波能反射與波間干涉轉(zhuǎn)變?yōu)槲蓜酉芘c波浪做功;透浪系數(shù)與相對寬度呈乘冪關(guān)系，即浮堤寬度一定波長較短時，透浪系數(shù)較低，