波浪與開孔沉箱相互作用的SPH數(shù)值模擬.pdf

1、開孔沉箱結(jié)構(gòu)因其能有效減小波浪力和結(jié)構(gòu)物反射系數(shù)，近年來在海岸工程中獲得較廣泛應(yīng)用。就目前來看，關(guān)于波浪與開孔沉箱相互作用問題的研究成果主要集中在模型實(shí)驗(yàn)方面，理論研究和數(shù)值模擬方面的成果相對較少。一般而言，要想得到該類問題的理論解是比較困難的，而傳統(tǒng)數(shù)值計(jì)算方法又很難準(zhǔn)確模擬波浪破碎等強(qiáng)非線性問題，近年來興起的光滑粒子流體動力學(xué)方法（Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH）為該類問題的求解提供了新的思路

2、。SPH方法是一種純拉格朗日性質(zhì)的無網(wǎng)格粒子法，它能夠有效解決大變形、跟蹤運(yùn)動界面或自由表面問題，適用于處理波浪運(yùn)動的非線性問題，這也是本文數(shù)值計(jì)算的關(guān)鍵手段。
　　本文基于SPH方法，采用CSPM-R修正后的水動力學(xué)模型，并運(yùn)用改進(jìn)后的動邊界粒子法(DBPs)和動水壓力計(jì)算模式等，建立二維數(shù)值波浪水槽，研究規(guī)則波作用下開孔沉箱結(jié)構(gòu)反射系數(shù)和動水壓力問題。
　　首先，本文給出了消波層內(nèi)、外區(qū)域不同測點(diǎn)波面歷時(shí)曲線，從歷時(shí)曲線

3、中可以看出，消波層外部測點(diǎn)波面歷時(shí)穩(wěn)定且波高基本無衰減，約為入射波高，消波層內(nèi)部測點(diǎn)波高衰減明顯，消波層末端波高為零，從而表明消波層消波性能較好。與此同時(shí)，本文還給出了右端設(shè)置直墻的數(shù)值波浪水槽內(nèi)不同測點(diǎn)波面和壓力歷時(shí)曲線，并同二階斯托克斯波理論解作對比，且計(jì)算了誤差E，結(jié)果表明，SPH數(shù)值模擬結(jié)果與理論解吻合較好，誤差值E小于6％。其次，本文探討了開孔沉箱結(jié)構(gòu)反射系數(shù)Kr與消浪室相對寬度B/Lc、開孔率ε以及波陡Hi/Lc之間的關(guān)系，

4、并將本文數(shù)值計(jì)算結(jié)果同國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者研究成果作對比，結(jié)果表明，反射系數(shù)與消浪室相對寬度之間呈非線性關(guān)系，當(dāng)消浪室相對寬度為0.2時(shí)，反射系數(shù)最小;反射系數(shù)與開孔率之間呈非線性關(guān)系，當(dāng)開孔率約為0.3時(shí)，反射系數(shù)最小;反射系是與波陡的關(guān)系較為復(fù)雜，當(dāng)開孔率為0.4時(shí)，反射系數(shù)隨波陡的增大而減小，當(dāng)開孔率為0.23時(shí)，波陡變化對反射系數(shù)的影響較小。最后，本文分析了開孔沉箱動水壓力變化特性，結(jié)果表明，當(dāng)反射系數(shù)最小時(shí)，開孔沉箱前墻前后側(cè)測點(diǎn)動