用三维雷诺时均模型模拟小尺度组合桩柱上的波浪力

摘要

波浪是海岸、海洋工程最重要的动力因素之一.海上结构物所承受的波浪荷载通常是结构物设计的控制荷载,它对工程的造价、安全度及寿命起着重要作用. 因此,研究海浪对结构物的作用是很重要的.海岸和海洋工程中,把特征尺度D与波浪的特征波长L的比值满足D/L≤0.15的结构物称为小尺度结构物,小尺度桩柱的组合结构在实际工程中应用十分广泛. 本文采用时变雷诺方程作为控制方程,并用κ-ε湍流模型来封闭雷诺方程,建立了模拟波浪与结构物相互作用的三维数学模型.采用能模拟波浪破碎的流体体积函数(VOF)方法跟踪波动自由表面；为了避免在网格内采用斜面表示自由表面时的复杂的几何计算,采用

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第一章绪论

1.1研究背景和研究意义

1.2相关工作回顾

1.2.1波浪与结构物的相互作用的粘性不可压缩模型

1.2.2自由表面问题的处理方法

1.2.3数值造波方法

1.2.4无反射开边界处理方法

1.3本文的主要工作

第二章波浪与小尺度桩柱相互作用的三维数学模型

2.1波浪与结构物作用的数学模型

2.1.1控制方程

2.1.2边界条件和初始条件

2.2三维自由表面的跟踪

2.2.1三维自由表面跟踪的VOF方法

2.2.2自由表面的重构

2.2.3自由表面的推进

2.3造波方法和波浪无反射边界的处理

2.3.1分段数值造波机

2.3.2波浪无反射边界的处理

2.4小尺度桩柱上波浪力的求解

2.5 小结

第三章数学模型的离散、求解和验证

3.1控制方程的离散

3.1.1求解粘性不可压流动的两步投影法

3.1.2动量方程的离散

3.1.3压力泊松方程的离散

3.1.4κ-ε方程组的离散

3.2求解压强泊松方程组的广义共轭剩余法

3.3数学模型的验证

3.3.1孤立波在直立墙前的爬高验证

3.3.2小尺度孤立柱所受波浪力验证

3.4小结

第四章小尺度组合桩柱上波浪力的数值模拟

4.1小尺度组合桩干扰的物理解释

4.2小尺度组合桩所受波浪力的数值模拟

4.2.1计算域的设置

4.2.2孤立柱上波浪力的数值模拟

4.2.3纵向排列的两个柱上波浪力的数值模拟

4.2.4横向排列的两个柱上波浪力的数值模拟

4.2.5 2×2组合桩柱上波浪力的数值模拟

4.3 小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢