基于两相湍流珊瑚礁地形的波浪数学模型

发布时间：2021-04-15 15:53

　　珊瑚礁地形的波浪非常复杂,礁坪破碎后的波浪对礁体、防波堤等影响很大。为了更好地了解珊瑚礁地形下规则波的传播变形特征,文中基于雷诺平均的纳维埃-斯托克斯方程建立了珊瑚礁地形上的波浪数学模型,其中湍流模型采用两相的k-ω SST方程,数值模拟在OpenFOAM开源工具中进行。本模型通过文献中的物理实验数据进行验证,分析了珊瑚礁地形上的波高、增水和波面形态变化,并与标准k-ω SST模型的结果进行比较,结果表明:文中模型能有效减轻自由表面附近过度产生的湍流动能,波高和增水的模拟结果相比标准k-ω SST模型的更加准确;波浪在珊瑚礁地形上破碎时破波区的湍流动能主要集中在波峰附近,波谷的湍流动能则很小;在湍流动能的影响下,模型在破碎点处的波高减小、减水增大,破碎后的波能耗散增大。文中波浪数学模型可应用于珊瑚礁工程设计的波浪计算中。 

【文章来源】：华南理工大学学报(自然科学版). 2020,48(06)北大核心EICSCD

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【部分图文】：

数值模型计算区域和浪高仪位置

图3分别是标准k-ω SST模型和两相k-ω SST模型下斜坡上的湍流分布云图,其中t/T为无量纲化时间。以41.5 s开始为例,两种模型在破碎前的自由表面湍流动能分布有很大的差异。在波浪破碎位置上,两相k-ω SST模型的波浪破碎前的湍流动能很小,破碎后的湍流动能从破波点开始急剧增大,在波峰前端位置形成具有较大湍流动能的区域。破碎后的湍流动能继续向礁岸传播,并在礁坪上的传播过程中衰减。此外,在波浪破碎前,两种模型在右端礁坪区域的湍流动能都比较大,这表明在下一个波浪发生破碎时,前一个波浪产生的湍流动能还未完全耗散。2.1.3 雷诺应力

标准k-ω SST模型和两相k-ω SST模型下斜坡上的雷诺应力云图(仅水体)

【参考文献】：
期刊论文
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[3]规则波在岛礁地形上传播变化特性的试验[J]. 任冰,唐洁,王国玉,朱干城.  科学通报. 2018(Z1)
[4]中国南海诸岛主权维护与回归——纪念中国政府收复南海诸岛70周年（1）[J]. 赵焕庭,王丽荣,袁家义.  热带地理. 2017(05)
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本文编号：3139633