一种海啸波越浪过程的二维数值模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种海啸波越浪过程的二维数值模拟方法，步骤S1、根据海堤轮廓，确定数值水槽基础形态；步骤S2、根据目标海啸波波高，迭代生成推波板造波所需的初始波高值；步骤S3、通过直接离散的拉格朗日形式的连续方程和N‑S方程，控制流体的运动，模拟海啸波的越浪过程，得到波浪的运动形态、流速场和压力场；步骤S4、对输出的结果进行计算，得到最大冲击压力值以及其发生的位置。本发明专利技术可以模拟完整的海啸波的越浪过程以及流速场的变化过程、计算越浪量和堤顶越浪流流速、得到堤身受到的最大冲击压力点及其位置。

【技术实现步骤摘要】
一种海啸波越浪过程的二维数值模拟方法
本专利技术涉及海岸工程
，尤其涉及一种海啸波越浪过程的二维数值模拟方法。
技术介绍
海堤作为重要海岸防护建筑物之一，在波浪潮流等动力荷载的作用，时常被破坏，尤其是在极端的动力条件下，如海啸、风暴潮等。溃堤导致沿海地区直接承受波流的影响，给沿海地区的人类生活和生产带来了巨大的灾难。海啸，是一种具有强大破坏力的海浪，以海底地震、滑坡变动处形成向四周传播的表面波，在向近岸传播的过程中几乎无能量损失，随地形的变化发生浅水变形，对近岸地区构成巨大的威胁。根据破坏位置的不同，波浪对海堤的破坏可以分为以下三个类型：(1)堤脚冲刷和前坡失稳；(2)堤顶冲刷破坏；(3)后坡冲刷侵蚀破坏。越浪流是造成海堤破坏的重要因素之一，而越浪流对海堤后坡的破坏体现在以下三个方面：(1)对堤顶及后坡的冲刷破坏；(2)对后坡的冲刷导致海堤发生滑坡；(3)使海堤土体含水量增大导致海堤失稳。目前，关于越浪流对海堤的影响的研究主要是针对平均越浪量的研究。越浪流的研究方法主要有三种：(1)理论研究；(2)物理实验；(3)数值模拟，而物理实验是最为常用的方法，但是物理实验的研究成本相对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海啸波越浪过程的二维数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、根据海堤结构轮廓和水深条件，确定海堤模型尺寸、数值水槽尺寸以及所有粒子的初始空间坐标；步骤S2、根据目标海啸波波高，迭代生成采用推波板造波法所需的初始波高值；步骤S3、通过直接离散的拉格朗日形式的连续方程和动量方程，控制流体的运动，模拟海啸波的越浪过程，得到波浪的运动形态、水流结构的速度场和压力场；步骤S4、对输出的结果进行计算，得到最大冲击压力值以及其发生的位置。

【技术特征摘要】
1.一种海啸波越浪过程的二维数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、根据海堤结构轮廓和水深条件，确定海堤模型尺寸、数值水槽尺寸以及所有粒子的初始空间坐标；步骤S2、根据目标海啸波波高，迭代生成采用推波板造波法所需的初始波高值；步骤S3、通过直接离散的拉格朗日形式的连续方程和动量方程，控制流体的运动，模拟海啸波的越浪过程，得到波浪的运动形态、水流结构的速度场和压力场；步骤S4、对输出的结果进行计算，得到最大冲击压力值以及其发生的位置。2.如权利要求1所述的海啸波越浪过程的二维数值模拟方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：(1-1)根据实际海堤结构形态，提取海堤轮廓线，确定数值水槽中的海堤结构形式；(1-2)选取计算水深和海啸波的波浪要素，即目标波高度H，并结合海堤结构形式，确定水槽长宽尺度，即确定数值模型的计算域范围；(1-3)根据计算域大小，确定计算粒子直径D；(1-4)根据海堤轮廓线，确定固定墙粒子的布置区域；(1-5)根据初始粒子数密度相等条件，通过牛顿迭代法计算，确定墙粒子之间的初始距离，确定墙粒子的初始空间坐标，粒子数密度相等条件表示为n0|i'＝n0|i式中：n0为初始粒子数密度；i、i，为任意的墙粒子；并且，式中：i为目标粒子；j为粒子i的影响域内的粒子；ni为粒子数密度；w为核函数；re为影响域半径；rij为粒子之间的距离；(1-6)在水槽的最左端设置可移动的墙粒子，构成推波板；(1-7)根据初始的水深h，以每个固定的墙粒子为中心，从上至下依次布置流体粒子，粒子间的垂直间距以粒子直径为标准，确定流体粒子的初始空间坐标。3.如权利要求2所述的海啸波越浪过程的二维数值模拟方法，其特征在于，所述粒子直径D选为0.005m。4.如权利要求1所述的海啸波越浪过程的二维数值模拟方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：(2-1)构建一个平坦水槽，输入一个任意的波浪高度h0，通常取目标海啸波波高H；(2-2)根据输入的目标海啸波波高H，控制推波板运动，生成入射波；(2-3)计算生成的波浪在设定位置处的波高H，并计算该波浪高度值与目标海啸波波高H的相对误差Re＝|H/H-1|，若Re<ε，ε为允许误差，则该波浪高度值即为控制推波板运动的初始波高H0，反之，则对波浪高度h0进行迭代修正：式中：H为目标海啸波波高值；H，为设定位置处生成波波高值；h0为迭代计算初始波高值；γ为松弛系数，大于1；迭代该式，直至计算结果满足误差要求。5.如权利要求1所述的一种海啸波越浪过程的二维数值模拟方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：(3-1)输入步骤S1中确定的粒子初始空间坐标和计算域的范围；(3-2)输入推波板运动的初始波高值H0；(3-3)输入模型基本参数，模型基本参数包括流体密度ρ和运动粘滞系数ν；(3-4)根据CFL常数计算时间步长；...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋勤，王丽珠，张长宽，张骏，聂思航，张青，刘鹏，易迪，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32