黄友龙　胡金鹏　刘师辉

摘要：近年来，由畸形波引起的海上船只遇难事件相继被报道，其越来越引起人们的关注，已成为船舶与海洋工程领域的一大热点。借助高效的相位调制畸形波模拟方法，基于FLUENT强大的建模功能和二次开发功能，建立可定时定点再现海洋实测畸形波现象的波浪数值水槽，通过对数值计算结果的时域统计分析和频域谱分析，发现数值结果不仅在波浪历时上能够很好地吻合目标波列，而且计算波浪谱也保持了目标谱的真实结构，说明了该畸形波数值水槽的有效性，为进一步研究畸形波与海上结构物之间的相互作用打下了基础。

关键词：畸形波；数值模拟；波浪谱；相位调制

1.前言

畸形波是一种波高极大，出现和消失都很突然的强非线性波浪。1965年，Draper首次提出了“畸形波”概念，之后随着海洋工程技术的不断发展和由畸形波引起的海上船只遇难和工程事故相继被报道，这种破环力巨大的强非线性波浪越来越得到重视。

对于畸形波的模拟可分为物理模型实验模拟和数值模拟，由于物理模型实验存在容易受场地限制、经费限制、比尺效应等缺点，且实验室研究中畸形波的生成技术还不够成熟，所以随着计算机技术的飞速发展，數值模拟得到了越来越多专家学者的青睐。目前，对畸形波的数值模拟方法可分为线性方法和非线性方法：在线性理论方面，海浪可以看作是由大量的具有不同周期和不同随机初相位的余弦波叠加而成，大量的具有合适相位的余弦波的局部叠加可以产生极端大波；非线性方面的数值模拟主要通过浅水KdV方程、Kp方程，深水非线性薛定愕方程以及完全非线性方程等演化方程来实现。由于非线性方法计算量大，不易工程应用，且很难应用于实验室模拟造波，而基于LonguetHiggins模型的线性叠加方法能够定时定点的生成满足畸形波定义的极端大波，所以成为在实验室水槽和数值水槽中模拟畸形波的常用手段。

Kribel提出了双波列叠加模型，即假设畸形波波列由随机波列和瞬态波列两部分组成，将能量分为两部分，一部分用于产生随机波列，另一部分用于产生瞬态波列；国内裴玉国对双波列叠加模型的能量配比关系进行了研究，并进一步将瞬态波列分解为两个瞬态波列，即首先令两个瞬态波列的聚焦时刻和空间一致，然后再和随机波列叠加来模拟包含畸形波的波浪序列，称之为“三波列叠加模型”；赵西增则通过调制聚焦理论来模拟生成畸形波，包括相位角分布范围调制聚焦模型和部分组成波聚焦模型两种；刘赞强等总结并分析了上述模型，指出无论是随机波加瞬态波模型还是调制聚焦模型都存在缺点和不足，最后提出了一种模拟畸形波的相位调制新方法，该方法能更精确、更高效地模拟生成畸形波。因此本文将借助刘赞强等的这种新的理论模型，并基于FLUENT软件的二次开发，建立数值波浪水槽，通过数值模拟再现畸形波。