波浪與多孔介質(zhì)相互作用的水動(dòng)力特征研究.pdf

1、波浪與多孔介質(zhì)相互作用的水動(dòng)力特性是個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，研究該課題對(duì)于海岸和近海工程具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。本文利用物理模型試驗(yàn)和數(shù)學(xué)模型相結(jié)合的方法研究波浪與多孔介質(zhì)底床、波浪與多孔介質(zhì)結(jié)構(gòu)物(拋石潛堤、拋石基床防波堤)相互作用的水動(dòng)力特征。 首先建立了波浪與多孔介質(zhì)相互作用的耦合數(shù)學(xué)模型。波浪域的控制方程為雷諾時(shí)均方程和k-ε紊流模型，采用PLIC-VOF法追蹤波浪自由表面，多孔介質(zhì)內(nèi)孔隙流場(chǎng)采用非線性Forchhe

2、imer方程，兩區(qū)域共享連續(xù)方程，最后導(dǎo)出的波浪域與孔隙流域的壓力修正方程具有完全相同的形式，使得能夠同時(shí)求解而不是分別求解波浪場(chǎng)與孔隙流場(chǎng)，避免了在內(nèi)部邊界上給定匹配條件，實(shí)現(xiàn)了波浪場(chǎng)與孔隙流場(chǎng)的同步耦合。然后推導(dǎo)和建立了用動(dòng)彈性固結(jié)理論求解海床在波浪作用下動(dòng)力響應(yīng)的有限元方程。 通過(guò)波浪水槽試驗(yàn)研究了橢圓余弦波作用下平底床面上非對(duì)稱沙紋的形成和演化規(guī)律、非對(duì)稱沙紋底床上的流場(chǎng)特性，并進(jìn)一步利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算分析了橢圓余弦波作用

3、下非對(duì)稱沙紋床面上的流動(dòng)特性和渦動(dòng)特性。通過(guò)模型試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算分析了正弦波和橢圓余弦波作用下自由沙質(zhì)海床中的孔隙水壓力響應(yīng)規(guī)律，分析了波浪參數(shù)和海床介質(zhì)參數(shù)對(duì)孔隙水壓力分布的影響。通過(guò)建立的耦合數(shù)學(xué)模型分別研究了正弦波、孤立波與粗顆粒海床的相互作用，分析了海床厚度、孔隙率、粒徑、固有滲透率、坡度對(duì)波浪衰減和孔隙水壓力分布的影響，得到了海床內(nèi)外的流場(chǎng)分布，對(duì)比了正弦波和孤立波的計(jì)算結(jié)果。 通過(guò)耦合數(shù)學(xué)模型研究了波浪與平底床面上拋石

4、潛堤相互作用，分析了堤高、堤寬、孔隙率對(duì)透射系數(shù)的影響，得到了堤內(nèi)外的流場(chǎng)分布，并分析了堤附近水流的渦動(dòng)特性。研究了波浪與斜坡上拋石潛堤相互作用，分析了堤寬、堤高對(duì)波浪傳播的影響，對(duì)比了可滲和不可滲潛堤周圍的流場(chǎng)特征。 通過(guò)模型試驗(yàn)和耦合數(shù)學(xué)模型研究了波浪與拋石基床防波堤及沙質(zhì)海床的相互作用。通過(guò)波浪水槽試驗(yàn)研究了波浪作用下拋石基床直立堤下方沙質(zhì)底床中孔隙水壓力響應(yīng)規(guī)律。給定波浪場(chǎng)和沙質(zhì)海床交界面上的壓力連續(xù)相等的條件，利用耦合