礁坪地形上波浪传播与流场特性SPH分析

发布时间：2017-06-26 06:14

  本文关键词：礁坪地形上波浪传播与流场特性SPH分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：珊瑚礁海岸是天然的防波堤,可以有效的阻挡外海海浪及风暴潮对海岸的侵蚀。随着海洋工程建设的不断发展和拓深,国内外已有在珊瑚礁坪上修造建筑物的实例。然而珊瑚礁海岸的地形条件与普通的近岸地形条件不甚相同,其在水深急剧变化之后存在一段长礁坪,礁坪上的水深较浅且变化不大,较小的波浪可以穿越礁坪而不发生破碎,较大的波浪则会发生变形破碎,因而能够穿越珊瑚礁顶的波浪的大小受到礁坪上水深的限制。穿过礁坪的波浪会与礁上建筑物相互作用,因而有必要深入了解波浪在礁坪地形上的传播规律和礁坪上水体的运动规律。本文基于光滑粒子动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,即SPH)方法,以N-S方程为水动力控制方程,建立了二维数值波浪水槽,对波浪在不同坡度的礁坪地形上的传播问题开展了数值模拟。同时,在大连理工大学海岸和近海工程的波浪水槽内,设计并完成了规则波在陡峭礁坪(坡度1：1)上传播变形的物理模型试验,测量和分析了不同位置处波面的变化情况,并对礁坪上水体的流动规律进行了观测和分析。基于对实验数据的分析,对有陡峭向海坡(坡度1：1)且后方坪顶有凹陷的礁坪地形上规则波的传播过程进行了数值模拟。波面和流速的数值计算结果与物理模型试验观测数据吻合较好,表明本文所建立的SPH数值波浪水槽可模拟深水波浪在陡峭礁坪地形上的传播变形问题。在对SPH数值波浪水槽充分验证的基础上,本文对波浪在不同坡度的珊瑚礁坪上的传播和流场特性进行了数值模拟,考虑了入射波浪周期、波高,礁前水深,礁坪坡度等对波浪和礁坪上流场属性的影响,分析了波面在礁坪地形上的变形规律以及礁坪上水体的运动规律。同时,结合对礁坪周围速度场的分析,探讨了波浪在礁坪地形上传播时的流场变化情况。
【关键词】：SPH方法 数值水槽 珊瑚礁 斜坡平台 流场特性分析
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV139.2;P75
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题研究背景和意义8-10
• 1.2 SPH方法的研究进展及应用10-12
• 1.3 波浪在礁坪地形上传播的研究进展12-14
• 1.4 本文的研究内容14-16
• 2 SPH方法的基本原理及实现16-30
• 2.1 SPH方法基本思想16-17
• 2.2 SPH方法基本方程17-22
• 2.2.1 函数和函数导数的积分表示法17-19
• 2.2.2 光滑函数19-21
• 2.2.3 粒子近似法21-22
• 2.3 SPH形式的水动力控制方程22-25
• 2.3.1 连续方程23
• 2.3.2 动量方程23-25
• 2.4 SPH数值算法25-30
• 2.4.1 状态方程25
• 2.4.2 数值修正25-27
• 2.4.3 边界处理27-28
• 2.4.4 时间积分28-30
• 3 物理模型试验30-38
• 3.1 试验的设备与布置30-33
• 3.1.1 试验设备与仪器30-31
• 3.1.2 试验模型设计与水槽布置31-33
• 3.2 试验的组次与方法33-34
• 3.2.1 试验组次33-34
• 3.2.2 试验方法34
• 3.3 试验现象说明34-38
• 4 数值波浪水槽的建立及验证38-47
• 4.1 数值波浪水槽的建立38-39
• 4.2 数值模型的验证39-47
• 4.2.1 波面对比分析39-45
• 4.2.2 流速对比分析45-47
• 5 波浪在礁坪地形上传播的SPH模拟47-68
• 5.1 数值建模及模拟条件47-50
• 5.2 波面影响分析50-59
• 5.2.1 周期的影响50-52
• 5.2.2 入射波高的影响52-54
• 5.2.3 礁前水深的影响54-55
• 5.2.4 斜坡坡度的影响55-59
• 5.3 流速分析59-63
• 5.3.1 波浪要素改变的影响59-61
• 5.3.2 礁前水深与斜坡坡度的影响61-63
• 5.4 流场分析63-68
• 结论68-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况73-74
• 致谢74-75

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本文编号：485108