数值模拟研究波浪在渗透海床上传播演化水动力特性

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:LI0888888
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在自然界中,海底通常是由各种不同种类的沙砾碎石组成,具有一定的孔隙率,会导致波浪要素发生变化,如波高和波长的变化,因此海床的渗透性就不该被忽略。海滩的稳定性也受波浪和渗透海床的相互作用影响。因此开展波浪在渗透海床上的传播演化特性研究对于海岸工程领域有着重要的意义。本文针对海床的可渗透性,通过建立数值波浪模型对波浪在二维渗透海床上的传播演化特性进行研究。本文基于开源软件OpenFOAM,建立了描述波浪在渗透海床上传播演化特性的数值模型,但在进行非渗透海床工况计算时遇到了波高沿程严重衰减问题,这会极大影响后续该模型计算渗透海床上波高衰减率的准确性。基于此问题,首先通过调整网格质量,计算时间步长,更换其他传统湍流模型,造波理论及插值格式等手段,发现均未明显改善非渗透海床波浪沿程衰减问题。考虑到传统湍流模型可能引起耗散过大的问题,而IHFoam求解器中只包含了几种传统的湍流模型,因此最后通过引入新的补充浮力修正项的湍流模型解决了波高沿程衰减过大的问题。通过复演溃坝波穿过可渗透性结构物及有关渗透海床上波浪传播演化的物理模型试验来验证波浪数值模型的有效性。计算得到的波高衰减率与实验结果拟合的较好,从而证明了该数值模型具备准确模拟波浪在渗透海床上传播演化的能力。最后,基于此模型进行参数化分析。主要研究波浪非线性、波长、渗透海床的厚度、孔隙介质的孔隙率、中值粒径及固有渗透率对渗透海床上波高衰减率和孔隙介质内的流场分布及湍动能分布的影响,并给出了相应的结论。另外由于线性及非线性阻力系数合理的选取对于正确模拟波浪在渗透海床上传播演化特性比较重要,为此通过比对不同阻力系数选取方式下的计算结果来研究波高衰减率和渗透海床内流场对线性及非线性阻力系数值的敏感性,为阻力系数的合理选取提供参考。
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