灾害波浪对浮体作用的数值模拟

摘要

浮式结构被广泛应用于不同类型的海岸和近海工程,像传统的浮式防波堤、港内停靠的船舶、浮式采油平台以及海上浮式风力发电场、浮式养鱼网箱等.中国东南沿海台风浪、疯狗狼等灾害波浪时有发生,准确预测上述波浪力和结构响应,对海上结构设计和安全防护等问题具有极为主要的工程意义.本文基于紧致插值曲线CIP(Constrained Interpolation Profile)方法自主研发了可模拟波浪破碎、翻滚等自由面大变形流动问题的数学模型.模型以CIP方法为流场基本求解器，离散了N-S方程，同时还以高阶精度的VOF类型的自由面捕捉方法重构了自由面，通过多相流理论描述了固-液-气之问的相互作用。对不同类型的波浪对浮体的作用过程开展了数值模拟，并通过实验结果的比较验证了模型的有效性，结果表明模型具有处理波浪大变形和浮体大振幅运动的能力。