基于楔体入水的孤立波制造理论及其SPH验证

摘要

为研究海啸波对结构物的作用,现已发展了多种孤立波的数值和试验生成方法,但利用垂向冲击体制造孤立波的理论还不成熟.一种基于楔体浸没体积等于孤立波体积原理的冲击式造波理论遂被提出.首先推导了关联楔体浸没深度、楔角和生成波高的隐式方程组,并给出了孤立波波高受楔角的约束条件.接着使用光滑粒子流体动力学(SPH)方法建立了模拟楔体运动与波浪生成的数值模型.通过与文献中规则波试验结果的比较,验证了数值模型的可靠性,以及确定其最优空间分辨率.最后利用验证过的数值模型模拟了相对波高分别为0.1和0.3的孤立波的生成.与解析解比较发现,所生成的孤立波波形稳定,波高和水质点速度均较为准确.这一新型造波理论的提出,可缩短冲击体附近波面不稳定的范围,进而提升数值计算效率并节约试验场地空间.