规则波在岛礁浅海区传播的数值模拟.pdf

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1、第46卷第4期船海工程Vol.46No.42017年8月SHIP&OCEANENGINEERINGAug.2017D01：10.3963/j.issn.1671-7953.2017.04.043规则波在岛礁浅海区传播的数值模拟魏泽，王星，刘小龙(中国船舶科学研究中心，江苏无锡2M〇82)摘要:针对岛礁浅海区的复杂地形和波浪环境，通过求解B〇USSmeSq方程，结合区域源造波法，对规则波的传播和演化进行数值模拟，数值计算结果与已有模型试验对比表明，监测点波高计算值与模型试验值总体吻合较好。采用数学

2、插值方法，建立岛礁实际复杂地形的数学模型，对岛礁实际波浪环境进行预报，能够为岛礁浮式平台设计提供波浪环境输人。关键词：岛礁浅海区;B0USSineSq方程;波浪传播中图分类号:U661.4文献标志码:A文章编号：1671-7953(2017)04-0186-05深远海发展不仅需要深海油气开采装备技1基本理论术，还需要建设提供后勤、安全等的综合保障基地。该类型综合保障基地依托岛礁和浅滩进行布1.1控制方程置，长期作业于海上，处于风、浪、流、温度和腐蚀数学模型采用Nwogu[M]推导得到的改进等复杂

3、条件联合作用下。其中，波浪载荷是其最Boussinesq方程模型。Nwogu用在水深某一深度主要、最复杂、持续作用时间最长的外界载荷。的流速、来代替经典Boussinesq方程中的由于岛礁地形非常复杂，加上海洋波浪运动具深度平均流速t/和F作为变量。改善后的色散有不规则性和非线性特征，精确模拟波浪的折关系可用来模拟波浪从深水传播到浅水。射、绕射、反射、破碎、浅水变形及其综合影响难1.2离散格式度很大。Boussinesq方程的三阶导数项决定了方程的以Boussinesq方程为基础建立的数学模型

4、能色散性，为了避免数值求解中使用三阶以下精度够描述波浪在缓变地形和定常水深中的很多变形的格式可能导致物理色散被非物理的数值色散掩情况，如非线性、频散、辐散、线性和非线性浅化、盖，需用高精度的差分格式对Boussinesq方程进多向传播、绕射、地形引起的折射、流影响下的折行离散。在交错网格下采用高精度紧致差分格式射、谐波，等，该模型不将入射波和反射波截然分离散动量方程，使得在保持差分点数目不变的情开，可以考虑地形、建筑物和非线性的综合作用，况下对空间的差分精度达到四阶，在得到了离散因此，被广泛应用

5、于求解近岸复杂工程区域波浪方程后采用ADI法进行求解。场[1_6]〇1.3造波方法为此，考虑根据已有的某岛礁浅海区试验模采用区域源造波法，在某个连续的区域内布型,建立数值模型，基于Boussinesq方程，采用置源项，通过将一条线上的源项分配到一个区域FUNWAVE软件开展规则波在该岛礁浅海区的传内，使得造波区域附近的物理量分布光滑。数值播和演化数值模拟分析，对波浪沿该岛礁实际海模拟在平面的计算区域见图1。由图1可见，底地形传播进行数值预报，为岛礁浮式平台设计计算区域的上下左右端均布置有海绵层，

6、用来进提供波浪环境输入。行消波。计算区域的左端有一块造波区，在该区域内布置源项进行造波[9]。1.4边界条件收稿日期=2016-09-09修回日期=2016-10-09前后左右端均设置为海绵层，海底设置为固基金项目：973计划资助项目（2〇l3CB〇36100)壁边界。图1给出了计算区域的边界条件设置。第一作者:魏泽（1987—），男，硕士，工程师1)固壁边界。在固壁边界上，沿壁面法线方研究方向：舰舶结构物水动力性能向上流体流量为零。1862017年船海工程魏泽，等:规则波在岛礁浅海区传播的数值

7、模拟第4期第46卷3计算结果及分析3.1计具结果在监测点布置虚拟浪高仪群，输出计算稳定后监测点的波高值。6个计算工况在监测点处的数值模拟波高值、试验数据，以及数值模拟结果与图1计算区域示意试验数据的相对误差见表3、4。表中，i^al为本文2)开边界9开边界是指计算区域与其他水数值模拟结果，圪xp为试验结果，试验数据由江苏域相连的边界。对开边界的处理要求出流的速度科技大学提供[11]s表2A101，A1Q2工况监测点波高以及与试验数据结果比较和流量传出计算区域而没有反射。开边界的提法有2种:辐射边

8、界条件和海绵吸收边界条件。本A101A102监文的数值模拟在计算区域四周均布置海绵吸收层测Hew(見美）Hexp(Up)点/m/m/%/m/m/%来进行消波WI1.8311.890-3.141.8501.59116.262数值计算W21.8352.038-9.961.8211.7752.61W31.7791.894-6.061.7251.789-3.60为验证数值方法的可行性，选定的研究对象W41.7071.883-9.351.8471.879-1.72W51.7721.926-7.981.84