基于SPH方法波浪與開孔沉箱式防波堤相互作用的數(shù)值研究.pdf

1、博士學位論文基于SPH方法波浪與開孔沉箱式防波堤相互作用的數(shù)值研究NumericalAnalysisofInteractionbetweenWavesandPerforatedCaissonBreakwatersBasedonSPHMethod學11106011答辯日期：盟呈魚』j14大連理工大學DalianUniversityofTechnology基于SPH方法波浪與開孔沉箱式防波堤相互作用的數(shù)值研究摘要進入21世紀以來，海洋資源的

2、開發(fā)得到了越來越多的重視，海洋災害的預防和治理工作刻不容緩，掌握波浪與海洋工程結構物相互作用機理就顯得格外重要。由于這類水動力學問題的復雜性，以往模型實驗和理論方法的研究，不僅耗時、成本高，而且在實體復雜結構模擬、問題域簡化假設等諸多因素影響下，很多細節(jié)問題和物理現(xiàn)象不能得到深入的研究。因此，亟需一種計算機高級仿真技術來解決這一復雜科研課題。SPH(光滑粒子流體動力學)算法的提出可以彌補這一領域數(shù)值研究方法的空缺，其無網格和自適應特性，

3、使得SPH方法明顯優(yōu)于以往基于網格的有限元(FEM)和離散元(DEM)等數(shù)值方法。因此，將SPH近似算法應用到水動力學問題研究中將成為當前這一學科的熱點。在深入研究SPH方法的基礎上，本文首先將水動力問題域進行離散化處理；采用SPH近似算法對NavierStokes水動力學控制方程組進行了逼近求解，得到了適用于研究波浪與結構物相互作用問題的水動力數(shù)學模型；采用虛粒子對沉箱模型進行了數(shù)值模擬，滿足了沉箱邊界的不可穿透性；基于CSPM和Pd

4、emann解相結合的方法對SPH方法進行了修正，成功地建立了模擬波浪與開孔沉箱相互作用的二維數(shù)值波浪水槽；對沉箱固壁邊界粒子受到的波壓力進行了修正，實現(xiàn)了流體與沉箱邊界壓力的穩(wěn)定傳遞：通過多個數(shù)值算例將SPH計算結果與線性規(guī)則波理論值對比，驗證了SPH近似算法的正確性。本文通過對波浪與無頂板開孔沉箱實驗過程的數(shù)值模擬，研究了無頂板開孔沉箱反射系數(shù)楊、總水平力與消浪室相對寬度B／L、相對波高H／L等影響因素之間的關系，得出與物理模型實驗擬

5、合關系式相一致的結論，精細地研究了開孔沉箱消浪室內外波壓力的分布規(guī)律，為無頂板開孔沉箱的工程設計提供了新的參考依據(jù)；本文還研究了規(guī)則波作用下無項板開孔沉箱消浪室內外水粒子壓力場、速度場變化特性，對水粒子出入消浪室復雜的物理過程進行了分析，詳細討論了消浪室內部速度場的變化情況。其次，基于改進后SPH數(shù)學模型，考慮到頂板高差對有項板開孔沉箱水動力性能的影響，對波浪與有頂板開孔沉箱實驗過程進行了數(shù)值模擬，對頂板相對高差s／H與反射系數(shù)之間的關