海嘯一般是由海底地震、火山爆發(fā)、海底塌陷滑坡等大地活動所引發(fā),其內(nèi)部蘊(yùn)含著巨大的能量,是一種破壞力極大的自然災(zāi)害。海嘯波的實(shí)驗(yàn)室研究及數(shù)值模擬通常將其簡化為孤立波來研究,孤立波能夠代表海嘯波首波的許多重要性質(zhì)。島礁地形作為一種典型的近岸地形,研究孤立波在此地形上的傳播特性對于預(yù)防海嘯災(zāi)害具有重要的意義。本文通過物理模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究了孤立波在近岸島礁地形上的傳播以及爬高的水動力特性,分析了礁坪后緣直墻的壓力分布特征,以期為海嘯波的防災(zāi)減災(zāi)工程提供技術(shù)支撐。首先,在水槽中進(jìn)行孤立波在島礁地形上傳播的物理模型實(shí)驗(yàn)。孤立波造波以三階孤立波解為目標(biāo)波形,考慮了造波區(qū)的非穩(wěn)態(tài)特性,采用改進(jìn)的Goring方法,獲得了與理論解較為吻合的孤立波波形。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著孤立波波高的減小,孤立波破碎的位置逐漸后移,直壁爬高及所受的最大壓力逐漸減小;壓力極大值出現(xiàn)在靜水位以上附近;當(dāng)波高水深比很小時,孤立波在礁坪上不破碎,并在直壁上發(fā)生全反射;此外,礁冠對于礁坪有一定的保護(hù)作用。之后,利用OpenFOAM數(shù)值模型對物理模型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬。與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn),OpenFOAM數(shù)值模型能夠準(zhǔn)...

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的工作
2 孤立波物理模型實(shí)驗(yàn)
    2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器布置
        2.1.1 實(shí)驗(yàn)造波消波設(shè)備
        2.1.2 儀器布置
    2.2 波浪要素
        2.2.1 實(shí)驗(yàn)室孤立波造波方法
        2.2.2 實(shí)驗(yàn)波況確定及孤立波造波結(jié)果
    2.3 島礁模型設(shè)計與鋪設(shè)
        2.3.1 模型設(shè)計
        2.3.2 模型制作
    2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果初步分析
        2.4.1 實(shí)驗(yàn)重復(fù)性及誤差分析
        2.4.2 實(shí)驗(yàn)錄像分析及破碎位置統(tǒng)計
        2.4.3 波高結(jié)果分析
        2.4.4 流速結(jié)果分析
        2.4.5 直壁所受壓力分析
        2.4.6 爬高結(jié)果分析
    2.5 本章小結(jié)
3 OpenFOAM數(shù)值模擬
    3.1 OpenFOAM數(shù)值模型簡介
        3.1.1 控制方程
        3.1.2 湍流模型
        3.1.3 離散方法
        3.1.4 邊界條件
    3.2 數(shù)值模型的設(shè)置及網(wǎng)格敏感度分析
        3.2.1 數(shù)值實(shí)驗(yàn)布置
        3.2.2 網(wǎng)格敏感度分析
    3.3 無礁冠工況一數(shù)值模擬結(jié)果分析
        3.3.1 波高時間序列對比結(jié)果
        3.3.2 流速數(shù)據(jù)對比結(jié)果
        3.3.3 特征時刻自由表面對比
        3.3.4 湍動能及渦量場結(jié)果分析
        3.3.5 直壁爬高對比
        3.3.6 直壁壓力與實(shí)驗(yàn)對比
        3.3.7 沿程最大波高分布
    3.4 有礁冠工況一數(shù)值模擬結(jié)果分析
        3.4.1 波高時間序列對比結(jié)果
        3.4.2 流速數(shù)據(jù)對比結(jié)果
        3.4.3 特征時刻自由表面對比
        3.4.4 湍動能及渦量場結(jié)果
        3.4.5 爬高結(jié)果對比
        3.4.6 壓力結(jié)果與實(shí)驗(yàn)對比
        3.4.7 沿程最大波高分布
    3.5 本章小結(jié)
4 孤立波波高及地形特征參數(shù)對島礁區(qū)域水動力特性的影響
    4.1 波高及礁冠對島礁水動力的影響
        4.1.1 波高對島礁區(qū)域孤立波傳播特性的影響
        4.1.2 礁冠對島礁區(qū)域孤立波傳播特性的影響
        4.1.3 波高及礁冠對爬高的影響
        4.1.4 波高及礁冠對直壁壓力的影響
    4.2 礁坪水深對島礁區(qū)域水動力的影響
    4.3 礁坪長度對直壁的影響
    4.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝



本文編號：4051030