王飞

摘 要：为探究新型圆弧护面透空式防波堤的水动力特性，建立三维数值波浪水槽，对其开展模拟研究工作。本文从模型的建立、自由面追踪技术和方程的离散求解等方面对数学模型进行了详细的阐述，利用实验数据对计算结果进行了验证，验证结果表明，该数值模拟方法的计算结果与实验数据有很好的相关性，证明本文构建的数值模型可以用于防波堤的波浪结构特点分析和附近的流场计算研究。

关键词：VOF方法 三维数值水槽 防波堤 水动力特性 数学模型

1.引言

为保证水体交换，改善港口水质环境和满足低成本的要求，港工构建物正朝着透空式结构的方向发展。圆弧形护面透空式防波堤作为一种新型、有效的防浪结构物，开始受到学者和工程师的广泛关注，其优点主要有：在防波堤内外可进行自由的水体交换，对海洋生态环境的影响比较小；结构内部不需要填充，可节约砂、石料，以降低成本；圆弧形护面更容易减小波浪的直接撞击，有利于结构的安全稳定；结构形态相对比较简单，便于工程作业。

目前关于防波堤消浪特性的研究大多集中在物理模型试验，但其受到实验场地、消耗费用高、时间周期长、存在比尺效应等条件的制约，而数值模拟研究能够很好地解决上述问题，因此获得了广泛应用。VOF方法可以很好地处理自由面的强非线性现象，而且计算速度快、占用计算机存储量小。在波浪与防波堤等结构物进行相互作用时，变形十分显著，非线性特征明显，利用VOF方法可以比较准确地描述波浪与防波堤作用的过程。……