SPH simulation of solitary wave interaction with a curtain-type breakwater

摘要

An incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method is put forward to simulate non-linear and dispersive solitary wave reflection and transmission characteristics after interacting with a partially immersed curtain-type breakwater. The Naviers-Stokes equations in Lagrangian form are solved using a two-step split method. The method first integrates the velocity field in time without enforcing incompressibility. Then the resulting deviation of particle density is projected into a divergence-free space to satisfy incompressibility by solving a pressure Poisson equation. Basic SPH formulations are employed for the discretization of relevant gradient and divergence operators in the governing equations. The curtain wal 1 and horizontal bottom are also numerically treated by fixed wall particles and the free surface of wave is tracked by particles with a lower density as compared with inner particles. The proposed SPH model is first verified by the test of a solitary wave with different amplitudes running against a vertical wall without opening underneath. Then it is applied to simulate solitary wave interacting with a partially immersed curtain wall with different immersion depths. The characteristics of wave reflection, transmission, dissipation and impacting forces on the curtain breakwater are discussed based on computational results.%La méthode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) est proposée pour simuler les caractéristiques de la réflexion et de la transmission d'une onde solitaire non linéaire et dispersive après avoir interagi avec un brise-lames de type rideau partiellement immergé. Les équations de Navier-Stokes sous forme lagrangienne sont résolues en utilisant la méthode des pas fractionnaires en deux étapes. La méthode intègre d'abord le champ de vitesses dans le temps sans condition d'incompressibilité. Puis la variation résultante de la densité des particules est projetée dans un espace à divergence-libre pour satisfaire la condition d'incompressibilité en résolvant une équation de Poisson pour la pression. Les formulations de base de SPH sont utilisées pour la discrétisation des opérateurs appropriés de gradient et de divergence dans les équations. Le mur de rideau et le fond horizontal sont traités numériquement par des particules fixes de mur et la surface libre de la vague est suivie par des particules de densité plus faible que les particules intérieures. Le modèle proposé SPH est d'abord testé dans le cas d'une onde solitaire avec différentes amplitudes fonctionnant contre un mur vertical sans ouverture inf╚ieure. Ensuite il est appliqué à la simulation d'une onde solitaire agissant sur un rideau partiellement immergé à différentes profondeurs. La réflexion, la transmission, la dissipation et les efforts sur le brise-lames sont présentés sur la base des résultats de calcul.