波浪作用下透水型护岸结构的数值模拟

论文摘要

海岸防护工程是海岸工程的重要组成部分,以海岸防护(或海滨防护)为目的,建造不同类型的海岸建筑物,护岸是其中的一种。波浪荷载是护岸结构的主要荷载之一波浪对护岸的作用主要包括波浪对护岸结构的冲击压力、浮托力等。本文应用计算流体力学软件FLUENT为工具,进行了波浪作用下透水型护岸—碎石聚氨酯结构护岸的特性分析的数值模拟。在波浪模拟的部分采用推板造波的原理,加载UDF设置动边界参数实现对推板造波的模拟,生成了规则波浪。研究透水型护岸结构与多孔介质结构之间的关系在FLUENT中用多孔介质等效代替这种护岸结构,则波浪作用下透水型护岸的受力的数值模拟可以用波浪与多孔介质的相互作用实现,建立波浪与多孔介质相互作用的耦合数学模型,设置多孔介质的参数实现了对于透水型护岸结构的模拟。为了研究护岸在波浪下的受力情况,在护岸坡面上设置一定数量的监控点,监控特定点上的波压参数,为了研究生成的波浪数据则在波浪生成区域设置监控线充当浪高仪的功能输出了波浪数据,分析不同水深不同波浪要素条件下护岸受力的特点给出护岸坡面受力、波浪爬高和反射率随波浪要素变化的关系、和流场、压力场、速度场的特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究的概况
• 1.2.1 波浪模拟的原理
• 1.2.2 近岸波浪数学模型
• 1.2.3 多孔结构在波浪作用下的数值模拟
• 1.3 论文的研究内容
• 第2章 波浪理论与造波技术
• 2.1 波浪理论简介
• 2.1.1 规则波
• 2.1.2 不规则波理论
• 2.2 自由表面追踪方法
• 2.2.1 MAC方法
• 2.2.2 VOF方法
• 2.2.3 Level Set方法
• 2.3 控制方程
• 2.4 边界条件及初始条件
• 2.4.1 边界条件
• 2.4.2 初始条件
• 2.5 造波原理
• 2.5.1 推板造波
• 2.5.2 源造波
• 2.6 本章小结
• 第3章 多孔介质理论与波浪在倾斜式护岸上的传播
• 3.1 多孔介质理论
• 3.1.1 孔隙率
• 3.1.2 多孔介质控制方程
• 3.1.3 多孔介质的渗透性
• 3.2 倾斜式护岸上波浪的传播与破碎
• 3.2.1 波浪在倾斜式护岸上传播概述
• 3.2.2 斜坡上波浪运动的控制方程和定解条件
• 3.2.3 波浪在护岸坡面上的爬高
• 3.3 护岸坡面在波浪下的受力过程
• 3.3.1 入射阶段的受力
• 3.3.2 上爬阶段的受力
• 3.3.3 回落阶段的受力
• 3.4 本章小结
• 第4章 FLUNET软件介绍及应用
• 4.1 前处理软件gambit
• 4.2 计算流体力学软件FLUENT简介
• 4.2.1 FLUENT常用湍流模型
• 4.3 流场计算方法
• 4.4 FLUENT软件的多孔介质条件
• 4.4.1 多孔介质计算中用户的输入参数
• 4.4.2 多孔介质模型的假设和限制条件
• 4.4.3 多孔介质模型对湍流的处理
• 4.4.4 多孔介质对瞬态标量方程的影响
• 4.5 UDF应用
• 4.6 本章小结
• 第5章 波浪作用下透水型护岸结构的数值模拟
• 5.1 计算模型
• 5.1.1 流体的控制方程
• 5.1.2 模型的建立
• 5.2 计算结果及分析
• 5.2.1 波浪作用下护坡面受力的实时曲线
• 5.2.2 不同波高条件下护坡在波浪作用下的受力
• 5.2.3 护坡爬高变化
• 5.2.4 波高数据分析
• 5.2.5 波形比较
• 5.2.6 流速场、波浪场和压力场结果
• 5.3 沿护坡面方向计算结果分析
• 5.3.1 沿x轴方向的速度分布、动压强（Dynamic pressure）分布
• 5.3.2 沿护坡面方向的压强分布曲线
• 5.4 护岸结构的反射分析
• 5.4.1 合田两点法分离波浪基本原理
• 5.4.2 数据分离结果
• 5.4.3 反射率结果分析
• 5.5 数值模拟结果与实验结果的比较
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢