波浪作用下珊瑚砂起动特性研究及数值模拟

发布时间：2017-04-05 18:06

  本文关键词：波浪作用下珊瑚砂起动特性研究及数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：珊瑚砂是海洋中的珊瑚礁经各种海洋动力作用碎裂、细化而形成的砂体,由于其搬运距离有限,一般分布在珊瑚礁岛周围。在各国海洋竞十分激烈的今天,珊瑚礁岛及其附近自然资源的重要性不言而喻。珊瑚礁岛海岸砂体多为珊瑚砂,研究珊瑚砂的运动特性对防止珊瑚礁岛受海洋侵蚀和推演珊瑚礁岛演变过程具有关键意义。目前的泥沙运动理论发展已十分成熟,珊瑚砂的各种独特性质使得当下的石英砂运动研究成果是否适用于珊瑚砂还尚未可知。本文采集南海某珊瑚礁岛的原型珊瑚砂,通过实验分析,珊瑚砂在形态、密度、孔隙率、休止角等方面体现出与天然石英砂有诸多差异。在此基础上于波浪水槽中进行了物理模型试验,采用三种不同中值粒径的级配珊瑚砂进行波浪作用下的起动试验,并应用泥沙运动理论分析珊瑚砂起动时的受力,给出了适合计算珊瑚砂起动波高的经验公式。此外,基于线性微幅波理论,分析珊瑚砂起动切应力时发现细粒径的珊瑚砂与经典希尔兹曲线吻合较好,粗粒径珊瑚砂则相对更难起动,本文最后引入珊瑚砂的形状系数拟合了描述珊瑚砂起动的希尔兹曲线。在数值模拟中,借助FLOW-3D软件建立数值水槽,利用VOF自由面追踪法分析数值水槽中波形的传播和流场的特性,并求解给定波浪条件下的槽面切应力,与物理模型试验结果进行对比验证,吻合良好。
【关键词】：珊瑚砂 波浪 起动波高 FLOW-3D
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TV139.2;TV142.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-30
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 泥沙起动11-28
• 1.2.1 泥沙起动的判别标准11-14
• 1.2.2 水流作用下泥沙起动14-16
• 1.2.3 波浪作用下的泥沙起动16-28
• 1.3 珊瑚砂的研究进展28-29
• 1.4 本文进行的研究29-30
• 第二章 珊瑚砂的基本性质30-33
• 第三章 波浪作用下珊瑚砂的起动特性33-52
• 3.1 试验场地33-34
• 3.2 物理模型试验设计34-35
• 3.3 试验仪器35-37
• 3.4 试验方案37-42
• 3.4.1 试验组次37-41
• 3.4.2 珊瑚砂起动标准判别41
• 3.4.3 试验方法及步骤41-42
• 3.5 珊瑚砂起动特性分析42-51
• 3.5.1 试验现象描述42
• 3.5.2 珊瑚砂起动波高分析42-48
• 3.5.3 珊瑚砂起动Shields参数分析48-51
• 3.6 小结51-52
• 第四章 物理模型数值模拟及底部切应力分析52-63
• 4.1 FLOW-3D数学模型介绍52-54
• 4.1.1 波浪运动的控制方程52-53
• 4.1.2 紊流模型简介53-54
• 4.2 自由表面的VOF追踪法54-56
• 4.3 控制方程的离散56-58
• 4.4 计算网格的划分58-59
• 4.5 数值模型的建立59-61
• 4.5.1 模型尺寸59-60
• 4.5.2 网格划分60
• 4.5.3 边界条件60
• 4.5.4 初始条件60-61
• 4.6 计算结果分析61-63
• 第五章 结论与展望63-65
• 5.1 主要结论63
• 5.2 展望63-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 附录A（攻读学位期间所发表的学术论文）69-70
• 附录B（攻读学位期间参加科研项目）70

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