潜堤上破碎波浪传播变形的数值模型及其验证.pdf

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1、第30卷第6期海洋通报V01．30，No．62011年12月MARINESCIENCEBULLETINDec．2011潜堤上破碎波浪传播变形的数值模型及其验证刘忠波1，一，于德海1，孙昭晨2(1．大连海事大学交通运输装备与海洋上程学院，辽宁大连116026；2．大连理工大学海岸和近海工程国家莺点实验宅，辽宁大连116024)摘要：为模拟潜堤l：破碎波浪传播时产牛能帚的耗散这一特性。在改进的具有网阶色敝的Boussinesq水波方程巾引入二阶紊动粘性项，建讧了考虑波浪破碎的水波数学模型。在非交错网格下建

2、立了钉限蔗分数值模型，并利用：i阶Adams-Bashforth格式预报、网阶Adams．Mouton格式校正对数值模型进行求解。通过数值试验，模拟r4i同坡度的潜堤上破碎波浪传播变形，并将数值计算波面时问历程与实验结果进行了比较．二者基本吻合．这说明在四阶Boussinesq水波模掣中引入_二阶粘性项来考虑波浪破碎引起能量耗散的做法是有效的。关键词：Boussinesq方程：破碎波；蠡动粘性中图分类号：P731．22文献标识码：A文章编号：1001．6932(2011)06-0633-04Numer

3、icalmodelofbreakingwavespropagatingoverasubmergedbreakwateranditslaboratoryvalidationLIUZhong．b01'_，YUDe—hail，SUNZhao—chen2(I．TransportationEquipmentandOceanEngineeringCollege。DalianMaritimeUniversity,Liaoning116026，China；2．SmteKeyLaboratoryofCoastaland

4、OffshoreEngineering，DalianUniversityofTechnology,Lianning116024．China)Abstract：Tomodelthebreakingwavespropagatingoverasubmergedbreakwaterandconsidertheenergydissipationbybreakingproperty，themathematicalmodelforbreakingwaveswasgivenbyaddingthesecondorder

5、eddyviscosityta'nlstOthefourthorderdispersiveBoussinesqequations．Numericalmodelwasestablishedwithfinitedifferentialmethodinnon．staggeredgrid．andthemodelwassolvedwith山ethird—orderAdams—Bashforthpredictorandthefourth．orderAdams．MoultonCorrectorintimemarch

6、ing．Numericalsimulationswerecarrieduponbreakingwaveevolutionoverasubmergedbreakwaterwithdifferentbackslopes．1rhecomputedsurfaceelevationsvaryingwithtimehistoryindifferentlocationswerecomparedtoexperimentalda饥andtheagreementWasreasonablysatisfactory,andt

7、hisdemonstratedthatthepresentmethodtOconsiderenergydissipationinBoussinesqwavemodelwaseffecfive．Keywords：Boussinesqeqautions；breakingwaves；eddyviscosity波浪向近岸传播中，波浪经历浅水、折射、绕射、反射等复杂的现象，当波高与水深达到一定比例时，波浪产生破碎。为模拟这一复杂的破碎现象，近年来许多学者对此进行了研究，这些研究中常用到的模型有Navier-St

8、okes方程数值模型、引入考虑能量耗散的Boussinesq方程数值模型和缓坡方程数值模型掣卜引。尽管Navier-Stokes方程在解释波浪破碎这一过程中非常精确，但凶其求解速度慢，很难应用到实际工程中去，而Boussinesq方程、缓坡方程由于计算速度较快，在实际工程中得到了广泛的应用。波浪在通过人工潜堤顶部时，由于水深变小，波高增大，波浪可能会产生破碎，破碎后波高会有所减少，因此通常利用潜堤上波浪破碎这一消浪特性从而达到诸如保护海岸、保证港口船舶泊