聚焦波浪与直立圆柱作用的数值模拟-水利水运工程学报.PDF

第６期 水 利 水 运 工 程 学 报 Ｎｏ．６ 　 ２０１５年１２月 ＨＹＤＲＯ⁃ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｄｅｃ． ２０１５ － ＤＯＩ：１０．１６１９８／ ｊ．ｃｎｋｉ．１００９ ６４０Ｘ．２０１５．０６．００５ － 武昕竹，柳淑学，李金宣． 聚焦波浪与直立圆柱作用的数值模拟［Ｊ］．水利水运工程学报，２０１５（６）：３１ ３９． （ＷＵＸｉｎ⁃ｚｈｕ，ＬＩＵ Ｓｈｕ⁃ｘｕｅ， ＬＩ Ｊｉｎ⁃ｘｕａｎ． Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｗａｖｅ ｗｉｔｈ ａ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ［Ｊ］． Ｈｙｄｒｏ⁃Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ － Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１５（６）：３１ ３９．） 聚焦波浪与直立圆柱作用的数值模拟 １，２ １ １ 武昕竹 ， 柳淑学 ， 李金宣 （１． 大连理工大学 海岸与近海工程国家重点实验室， 辽宁 大连　 １１６０２４；２． 白城兵器试验中心， 吉林 白城　 １３７００１） 摘要：基于Ｆｌｕｅｎｔ平台建立了可用于波浪传播模拟的数值计算水槽，利用不同波浪参数的线性规则波模拟分 析了网格尺度Ｌ／Δｘ 对产生波浪质量的影响，确定数值水槽的网格划分尺度，并验证了阻尼消波的有效性。 在 此基础上，用模拟频谱的方法对聚焦波浪的传播进行了数值模拟，通过数值模拟与物理试验不同位置处的聚焦 波波面和聚焦点下水质点速度时间过程线对比，验证了模拟频谱方法数值计算的有效性。 进一步对聚焦波浪 与直立圆柱的作用进行了数值模拟，数值模拟聚焦波面过程、聚焦波浪水质点速度、圆柱周围波浪波动过程、圆 柱上所受的波压力等，并与试验结果进行了对比，数值计算结果与试验结果吻合很好，验证了所建立的数值水 槽的有效性。 对聚焦波波面和压力特征值进行了误差分析，并分析了误差的产生原因，为进一步研究聚焦波浪 与工程结构物的作用奠定基础。 关　 键　 词：Ｆｌｕｅｎｔ软件；聚焦波浪；直立圆柱；数值模拟 － － － 中图分类号：ＴＶ１３９２　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 文章编号：１００９ ６４０Ｘ（２０１５）０６ ００３１ ０９ 大量研究证实，波浪聚焦是产生极限波浪的主要原因，不同方向、不同频率的波浪在传播过程中互相调 制，使波能集中，形成一个孤立的大波，此过程称为波能聚焦。 波浪聚焦的模拟方法主要分为相速度法、逆传 播法和波群速法。 相速度法将不同频率组成波在指定地点、指定时刻聚焦使波峰或波谷最大，是一种有效模 拟极限波浪的方法。 － ［１ ２］ Ｓ． Ｔ． Ｇｒｉｌｌｉ等 采用高阶边界元方法建立了完全非线性波浪水槽，数值模拟了极限波浪的生成及特 ［３］ 性；黄金刚 试验研究了二维聚焦波浪的特性，并用高阶谱分析方法求解Ｌａｐｌａｃｅ方程和非线性水面边界条 ［４］ 件，建立了模拟极限波浪传播的数值模型；柳淑学等 研究了试验室中生成极限波浪的方法，并基于 － ［５ ７］ Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程进行了数值模拟验证；李金宣等 通过物