非線性波浪與可滲結構相互作用的SPH模型.pdf

1、波浪與可滲結構的相互作用包含波浪反射、透射、越浪和破碎等水動力過程，涉及到湍流、滲流和耗散等多種非線性物理效應，是一個作用機理十分復雜的非線性滲流力學問題。近年來隨著全球氣候變暖和海平面上升，海岸防護結構面臨的海洋災害威脅也日益加劇，開展波浪與可滲結構的相互作用研究具有十分重要的科學意義和工程應用價值。
　　本文在修正光滑粒子流體動力學(SPH)方法核函數連續(xù)性的基礎上，通過提出一種新的固壁粒子壓力計算模式，解決了原SPH方法存在

2、的邊界處粒子分布紊亂、固壁邊界附近壓力場震蕩以及流體粒子與固邊界分離或穿透固邊界問題?；贛PI空間域分解和OpenMP數據分解的耦合算法，結合動態(tài)負荷平衡技術，提出了適合現(xiàn)代計算集群資源配置的混合MPI-OpenMP并行算法，解決了三維SPH數學模型計算效率低的瓶頸問題。提出了適合無網格粒子法的主動吸收式造波邊界條件、周期性側邊界條件和人工粘性消波邊界條件，建立了基于SPH算法的周期波數值波浪水槽/水池。
　　基于所建立的SPH

3、數值波浪水槽/水池，結合非線性滲流本構關系，建立了模擬非線性波浪在多孔介質結構中流動的二維和三維湍流模型。推導了多孔介質內流體運動的體平均/Favre平均形式的雙平均湍流控制方程(VAFANS)，湍流應力采用亞粒子紊流模式來模擬，引入非線性滲流阻力項以反映介質固體骨架對孔隙內流體的阻力作用。通過在計算域內設置定義孔隙率信息的背景網格和引入表征密度的概念，將自由流動區(qū)域和不同孔隙率的滲流區(qū)域內的流體運動控制方程形式統(tǒng)一，避免在整個計算域內

4、使用不同形式的控制方程導致的不同介質界面附近的壓力震蕩及速度跳躍現(xiàn)象。提出了不同介質界面處的過渡區(qū)邊界條件和適合的過渡區(qū)寬度，保證了多孔介質界面處流場和壓力場的計算精度。
　　數值計算結果表明:所建立的二維SPH滲流模型比其它數值模型能更精確地模擬出漬壩波在可滲壩體內的傳播、波浪在不同可滲性海床上的衰減、波浪透過可滲潛堤或出水堤時的變形、翻卷、破碎和越浪過程以及可滲結構附近的流場和湍流能分布特性。所建立的三維SPH滲流模型能夠精確