斜坡堤栅栏板护面消浪效果数值模拟

论文摘要

在海堤工程中,防浪墙顶高程是一个重要的参数,因为它直接关系到防浪墙的安全和稳定以及工程投资有时还会影响到景观,而波浪爬高是影响这一高程的最主要因素。波浪爬的越高,墙顶高程就越高,为了有效降低墙顶高程,采取-定的消浪措施来减少波浪爬高是必要的,也是科学合理的,这不仅可以减小工程投资,而且还可以提高防浪墙的安全和稳定。波浪在海堤上的爬高实质是水体能量转化的过程,也就是水流的动能转化为势能的过程,波浪爬高时在不同断面处满足伯努利方程,从伯努利方程中可以看出增大护面的糙率可以增大波浪沿程水头损失从而起到消波作用,减少波浪的爬高。本文主要研究的内容如下首先,通过对波浪理论的研究建立波浪的数学模型、选择最优数值算法并阐述线性规则波各要素间的关系。其次,以Fluent软件为计算平台采用时均形式的N—S方程并结合RNGκ-ε模型作为波浪求解的基本方程,用VOF自由表面跟踪的方法对其进行紊流数值模拟,分别采用仿物理造波和源函数造波建立二维数值波浪水槽,实现了线性规则波的数值造波—消波过程。然后,分别对这两种造波方法进行了理论分析和互相对比得出源函数造波在实际应用中的优越性,并且采用源函数造波法模拟了作用在弧形反浪墙上的作用力并且和实验值进行对比验证了二维数值波浪水槽在实际应用中的可行性。最后,本文以海堤工程中常用的栅栏板护面为例,研究其糙率对波浪爬高的影响,以及波浪爬高和波高、坡比之间的关系,研究不同边坡糙率的消浪机理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 波浪爬高的研究现状
• 1.3.3 防浪墙波浪力的研究现状
• 1.4 研究方法
• 1.4.1 理论分析
• 1.4.2 数值模拟
• 1.5 研究内容与目标
• 第二章 波浪的数学模型和数值算法
• 2.1 波浪的数学模型
• 2.1.1 控制方程
• 2.1.2 湍流模型
• 2.1.3 边界条件
• 2.1.4 初始条件
• 2.2 波浪的数值算法
• 2.2.1 流场计算方法
• 2.2.2 VOF方法
• 2.2.3 几何重构方法
• 2.2.4 UDF简介
• 2.3 本章小结
• 第三章 二维数值波浪水槽的理论分析
• 3.1 数值造波及消波原理
• 3.1.1 推板式造波原理
• 3.1.2 源函数造波原理
• 3.1.3 数值消波原理
• 3.2 线性波理论简介
• 3.3 数值波浪水槽波形分析
• 3.3.1 推板式造波模拟线性规则波
• 3.3.2 源函数法造波模拟线性规则波
• 3.3.3 两种方法对比
• 3.4 数值波浪水槽波浪力分析
• 3.4.1 立波的模拟
• 3.4.2 线性波浪力计算公式
• 3.4.3 作用于直墙上的波浪力的模拟
• 3.5 本章小结
• 第四章 二维数值波浪水槽的试验分析
• 4.1 计算模型
• 4.1.1 计算模型网格划分
• 4.1.2 计算模型边界条件及初始条件
• 4.1.3 边界上作用力的计算
• 4.2 结果分析及实验验证
• 4.2.1 波浪参数验证
• 4.2.2 作用在弧形返浪墙上的波浪力实验验证
• 4.3 本章小结
• 第五章 斜坡堤栅栏板护面消浪效果数值模拟
• 5.1 栅栏板护面简介
• 5.2 栅栏板护面消浪理论分析
• 5.3 数值计算模型
• 5.3.1 计算模型
• 5.3.2 计算参数
• 5.3.3 计算工况
• 5.4 计算结果与分析
• 5.4.1 波浪在斜坡提上的爬高
• 5.4.2 波浪爬高衰减系数与糙率的关系
• 5.4.3 爬高衰减系数与坡度的关系
• 5.5 工程实例分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢