波浪沖擊過(guò)程的流場(chǎng)變化特性研究.pdf

1、在海岸和近海工程中，波浪的沖擊作用對(duì)位于浪濺區(qū)的透空式建筑物的安全有很大影響。在波浪沖擊過(guò)程中，當(dāng)波峰剛接觸到建筑物底面時(shí)會(huì)產(chǎn)生歷時(shí)很短但強(qiáng)度極大的沖擊壓力，這種極強(qiáng)的沖擊荷載會(huì)引起建筑物上部結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)或造成結(jié)構(gòu)連接處的疲勞破壞。隨著二十一世紀(jì)我國(guó)海洋開(kāi)發(fā)規(guī)模的擴(kuò)大，波浪沖擊荷載的預(yù)報(bào)在海岸和近海工程設(shè)計(jì)中越來(lái)越受到重視，已成為近年來(lái)被廣泛關(guān)注并亟待解決的重要課題。因此，開(kāi)展波浪沖擊過(guò)程的流場(chǎng)變化特性研究，有著重要的科學(xué)價(jià)值和實(shí)際意義。

2、 本文從物理模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬兩方面出發(fā)，對(duì)位于浪濺區(qū)的透空式結(jié)構(gòu)物的波浪沖擊特性進(jìn)行了研究。物理模型試驗(yàn)方面，利用先進(jìn)的瞬態(tài)全場(chǎng)測(cè)量技術(shù)—粒子圖像測(cè)速(PIV)技術(shù)，研究了波浪對(duì)位于浪濺區(qū)的透空式建筑物上部結(jié)構(gòu)沖擊過(guò)程中的瞬時(shí)流場(chǎng)變化特性。通過(guò)對(duì)采集到的CCD圖像的互相關(guān)分析，直觀地顯示了波浪沖擊作用發(fā)生時(shí)結(jié)構(gòu)物底面不同瞬時(shí)的流場(chǎng)狀態(tài)，得到了瞬間的全場(chǎng)流體水質(zhì)點(diǎn)的速度矢量，并且應(yīng)用概率分析法研究了瞬時(shí)沖擊壓力峰值與波浪水質(zhì)點(diǎn)瞬

3、時(shí)運(yùn)動(dòng)速度之間的關(guān)系。 數(shù)值模擬方面，首先建立了基于流體體積法(VOF)的隨機(jī)波無(wú)反射數(shù)值波浪水槽。在水槽造波端，基于線性造波機(jī)理論設(shè)置了隨機(jī)波的主動(dòng)吸收式造波邊界，即造波板的運(yùn)動(dòng)在生成目標(biāo)波浪的同時(shí)，還產(chǎn)生一個(gè)抵消造波板二次反射波的附加運(yùn)動(dòng)。在數(shù)值波浪水槽的末端，設(shè)置了海綿層阻尼消波邊界，實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)波的阻尼消波。通過(guò)水槽右端為直墻邊界時(shí)的全反射情形和水槽內(nèi)含有潛堤的部分反射情形的數(shù)值計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證了主動(dòng)吸收式造波機(jī)的性能和沿水

4、槽長(zhǎng)度方向不同位置處入射波的穩(wěn)定性。 其次，利用本文所建立的數(shù)值模型對(duì)波浪沖擊過(guò)程的壓力變化特性、流場(chǎng)變化特性以及二者之間的關(guān)系進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。研究了結(jié)構(gòu)物底面波浪沖擊壓力及水質(zhì)點(diǎn)垂向運(yùn)動(dòng)速度的分布規(guī)律，討論了相對(duì)入射波高、結(jié)構(gòu)相對(duì)寬度和相對(duì)凈空等因素對(duì)結(jié)構(gòu)物底面最大沖擊壓力及水質(zhì)點(diǎn)最大垂向運(yùn)動(dòng)速度的影響規(guī)律，并給出了隨機(jī)波沖擊壓力峰值與水質(zhì)點(diǎn)垂向運(yùn)動(dòng)速度統(tǒng)計(jì)值之間的關(guān)系。 最后，通過(guò)引入嵌套網(wǎng)格細(xì)分方法實(shí)現(xiàn)了建筑物附近