基于FLUENT的海堤越浪数值模拟
基于Fluent的波浪对海岸冲击的数值模拟
第35卷第4期2020年08月中国海洋平台CHINA OFFSHORE PLATFORMVol.35No.4Aug.,2020文章编号：1001-4500(2020)04-0056-04基于Fluent的波浪对海岸冲击的数值模拟陈从磊1,刘桢S王玉红彳，梁旭$(1•中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京100083；2•浙江大学海洋学院，浙江舟山316021)摘要：在Fluent软件的基础上，通过流体体积算法，数值模拟波高为0.2m.周期为1.5s、波长为3.5m的波浪对墙体的冲击过程，重点研究波浪对墙体的冲击力作用和网格尺寸对流场变化的影响。
由模拟结果得出：墙体受到的冲击压力在时间历程上具有一定的周期性，但冲击压力的峰值具有一定的随机性；网格尺寸不同会导致自由面重构的不同，从而使流体体积法捕捉到的流场速度和压力不同，网格越精细，捕捉到的冲击压力更精确。
关键词：Fluent软件；海岸冲击；流场；数值模拟中图分类号：U656.2文献标志码：ANumerical Simulation for Impact of Waves on Coast Based on FluentCHEN Conglei1,LIU Zhen2,WANG Yuhong2,LIANG Xu2(1.Institute of Petroleum Exploration and Development,China Petroleumand Chemical Corporation,Beijing100083,China；2.Ocean College,Zhejiang University,Zhoushan316021,Zhejiang,China)Abstract:On the basis of Fluent software,Volume of Fluid(VOF)algorithm is used to numerically simulate the impact of waves on the wall under certain conditions that wave height is0.2m,wave period is1.5s and wave length is3.5m.Main attention is paid to the impact pressure,velocity field and the effects of grid size on the characteristics of the flow field.The simulation results show that：the impact pressure on the wall is of some periodicity in time history but the peak of the impact pressure is of some randomness；different grid sizes will affect different reconstructions of the free surface,so that the speed and pressure of the flow field captured by the VOF method are different,and the finer the grid,the more accurate the captured impact pressure is.Key words:Fluent software；impact on coast；velocity field；numerical simulation0引言我国每年都遭受严重的台风灾害。
基于潜堤地形上的波浪传播模拟
基于潜堤地形上的波浪传播模拟作者：李海涛唐啸宇李梦如袁荣耀徐乐然来源：《科技资讯》2017年第19期摘要：该文应用软件为FLUENT流体分析软件，控制方程为连续性方程和Navier-Stokes 方程。
应用GAMBIT建立数值波浪水槽模型并对其划分网格。
基于标准RNG 湍流模型和VOF自由液面捕捉方法，利用FLUENT的二次开发编写源程序，赋予前边界造波功能，形成与实验造波原理一致的推波板数值造波法。
建立潜堤地形下的波浪水槽模型，模拟潜堤地形下的波浪传播，其结果与实验值对比吻合良好，验证该模拟方法在复杂地形情况下的可行性。
关键词：Fluent 推波板造波潜堤中图分类号：TV13 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（a）-0197-04河口海岸附近区域具有丰富的资源、密集的人口、发达的经济，且在此区域内航道的开发、港口的建设、海岸工程的防护对于沿海地区的发展起着重要的作用。
准确计算堤前波要素成为港口、海岸和近海水工建筑物设计和规划的前提。
潜堤在保护海岸工程建筑物发挥巨大的作用。
因此，该文基于FLUENT对波浪在潜堤上的传播模拟做了一定研究。
结果表明利用推板式造波法能够模拟波浪在潜堤地形上的传播，为进一步研究波浪爬高、波流相互作用积累了经验。
1 研究背景及意义河口海岸附近区域具有丰富的资源、密集的人口、发达的经济，且在此区域内航道的开发、港口的建设、海岸工程的防护对于沿海地区的发展起着重要的作用。
准确计算堤前波要素成为港口、海岸和近海水工建筑物设计和规划的前提。
波浪在由深水向近岸传播的过程中，由于水深的变化，近岸区域的边界和建筑物等各种因素的作用，波浪会发生一系列的变化，例如有反射、绕射、折射、破碎等复杂多变的物理现象。
解决这一问题的研究方法现在主要有三种方法，分别是理论研究、物理模型试验以及数值模拟。
理论分析对试验和数值模拟具有相当重要的指导意义，但理论解通常是在简化模型的基础上求得，尽管对认识复杂问题的物理本质有着不可替代的作用，但是在解决实际工程问题中有局限性。
考虑护面块体影响的越浪数值模拟
考虑护面块体影响的越浪数值模拟郭立栋;孙大鹏;王鹏;黄明汉【摘要】为了在斜坡堤数值计算中考虑护面块体的影响,借鉴海绵阻尼层的消波方式,在湍流模型的控制方程中引入等效护面块体系数μ*的概念,并将等效系数μ*与规范中常用的糙渗系数K△相联系,构建了基于糙渗系数K△求解等效系数μ*的数值转换途径.该方法拓展了波浪数值模型的应用范围,在波浪与结构物相互作用的数值研究方面具有新意.【期刊名称】《水运工程》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】5页(P32-35,40)【关键词】数值模型;护面块体;等效系数;糙渗系数【作者】郭立栋;孙大鹏;王鹏;黄明汉【作者单位】中交第一航务工程局有限公司,天津300461;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024;长江航道规划设计研究院,湖北武汉430011;中交天津港湾工程研究院有限公司,天津300222【正文语种】中文【中图分类】TV871斜坡式防波堤是一种常见的海岸结构物，能够有效地阻止波浪对堤后的侵袭。
在实际工程中，斜坡堤的堤前均铺设有护面块体。
护面块体是抛筑在护面层上以保证堤身在波浪作用下稳定的各种特定形状的混凝土块体，具有重心低、稳定性好、施工方便、护面平整美观等优点，常见的护面块体结构形式[1]主要有实心式、空心式和杆件式。
护面块体是斜坡堤的重要组成部分，一方面通过护面层的空隙和表面粗糙度形成紊流消能，降低波浪爬高；另一方面靠块体的自重和块体间的咬合、嵌固作用抵御正面波浪冲击力和上浮力，提高护面层的稳定性。
因此，在斜坡堤的物理模型试验及数值模型计算中均无法忽视护面块体的作用。
目前，对于带护面块体斜坡堤的湍流数值研究多采用多孔介质模型[2]，该模型是通过雷诺时均方程(RANS)中引入渗透介质理论得到的。
Arikawa等[3]采用考虑多孔介质作用的RANS方程建立了VOF二维数值波浪水槽，对越堤水体与堤后结构物的流体作用力进行研究。
基于dualsphysics模型的越浪数值模拟
ABSTRACTWave overtopping on seawall may lead to flooding over the area behind the seawall, being unusable of normal operations and even potential damage of the structure itself. Accurate estimation and simulation of wave overtopping have great significance in the design and usage of seawall. DualSPHysics is a weakly compressible, open-source hydrodynamic SPH model, which can easily capture large free surface deformation in strong nonlinear flows. DualSPHysics model uses parallelized technique and has high computation efficiency. Wave overtopping is studied by using the DualSPHysics model. The main research contents and conclusions obtained are as follows:(1) Active wave absorption system (AWAS) has been implemented in DualSPHysics model both for regular and random waves. Numerical results are validated by theoretical solutions, showing that the reflected secondary waves are well absorbed.(2) Numerical simulations of regular and random wave overtopping are conducted for sloping seawalls by using the DualSPHysics model combined with AWAS. The numerical results are compared with the experimental data of Saville (1955) and other numerical data of OpenFOAM et al. Good agreements are obtained, which show that DualSPHysics model can be used to simulate regular a random wave overtopping with good accuracy. Comparisions between numerical results of DualSPHysics and Sainflou formula as well as experiment data of wave pressure performed in large-scale wave flume semi-circular breakwater show that DualSPHysics model provides good prediction of wave impact on coastal structures.(3) DualSPHysics model is employed to reproduce random wave overtopping on breakwaters with different slopes. Comparision has been conducted among predicted results of overtopping discharge of irregular wave by the main popular formulas. It shows that the prediction formula in Coastal Engineering Manual gives the best results. Numerical simulation of wave overtopping of a sloping seawall with armour block is carried out and comparisons between smooth sloping seawall and sloping seawall with armour block have been conducted. Results show that armour block can increase wave energy dissipation on wave overtopping process. However, there exists structure and fluid particles separation phenomenon in the modeled results, which needs futher improvements.(4) Numerical simulations of regular wave overtopping on six different types of seawalls have been conducted by using the DualSPHysics model. Comparisions between vertical wall and curved wall as well as recurved wall on wave overtopping discharge and wave force show that recurved wall reduces wave overtopping discharge effectively but the wave force exerting on recurved wall is large; in contrast, wave overtopping discharge of curved wall and vertical wall are much larger and the wave force exerting on curved wall is much smaller. Finally, the influences of relative freeboard, wave period and water depth at the toe of seawall have been discussed on wave overtopping discharge of different seawalls, respectively.KEY WORDS：DualSPHysics model, Seawall, Active wave absorption system, Wave overtopping discharge, Wave force, Armour block, Overtopping rate prediction formula目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1研究背景和意义 (1)1.2 国内外研究现状 (2)1.2.1 防波堤越浪物模试验研究现状 (2)1.2.2防波堤越浪数值模拟研究现状 (4)1.2.3 SPH研究越浪现状 (5)1.3 论文主要工作和创新点 (7)第2章DualSPHysics模型介绍 (9)2.1 DualSPHysics模型理论基础 (9)2.1.1 积分近似 (9)2.1.2 粒子近似 (10)2.1.3 控制方程 (11)2.2 积分格式 (12)2.2.1运动基本控制方程 (12)2.2.2 Verlet数值积分格式 (13)2.2.3 Symplectic数值积分格式 (13)2.2.4 变时间步长 (14)2.3 边界条件 (14)2.3.1 动力边界条件DBC (14)2.3.2 周期性边界条件PBC (15)2.4DualSPHysics前处理 (15)2.5 DualSPHysics后处理 (16)2.5.1 自由表面高程算法 (16)2.5.2 流速求解算法 (17)2.5.3 压应力求解算法 (17)2.5.4作用力求解算法 (17)第3章DualSPHysics主动吸收式造波 (19)3.1 造波理论 (19)3.1.1一阶规则波理论部分 (19)3.1.2二阶规则波理论部分 (20)3.1.3不规则波理论部分 (20)3.2DualSPHysics数值造波结果 (22)3.3主动吸收式造波 (26)3.3.1DualSPHysics主动吸收式造波理论及实现步骤 (26)3.3.2 主动吸收式造波验证算例 (28)3.4 本章小结 (32)第4章DualSPHysics模拟波浪与结构物相互作用验证 (33)4.1 粒子间距dp敏感度分析 (33)4.1.1越浪量对粒子间距dp的敏感度分析 (33)4.1.2作用力对粒子间距dp的敏感度分析 (34)4.2 DualSPHysics模拟斜坡堤越浪量正确性验证 (35)4.2.1斜坡堤越浪模型设置 (35)4.2.2斜坡堤越浪实验波高率定 (36)4.3 DualSPHysics计算结构物上作用力验证 (39)4.3.1 DualSPHysics数值模拟结果与理论公式计算值对比 (40)4.3.2 DualSPHysics数值模拟结果与物理模型实验值对比 (43)4.4 本章小结 (46)第5章基于DualSPHysics模型的海堤越浪数值模拟 (47)5.1DualSPHysics模拟斜坡堤上不规则波越浪 (47)5.1.1 斜坡堤上不规则波越浪实验波高率定 (47)5.1.2 不规则波越浪数值模拟试验装置和参数设置 (49)5.1.3 不规则波作用下斜坡堤越浪过程流场分析 (51)5.1.4 不规则波作用下斜坡堤越浪过程涡量分析 (56)5.1.5 斜坡堤越浪量公式计算结果对比 (58)5.2 坡面铺设扭王字块体斜坡堤越浪数值模拟研究 (59)5.2.1 扭王字块模型建立 (59)5.2.2 光滑坡面与铺设扭王字块体坡面斜坡堤越浪过程对比 (61)5.2.3 波浪爬坡过程涡量对比图 (64)5.2.4DualSPHysics模拟铺设扭王字护面块体斜坡堤越浪问题探讨 (65)5.3 不同结构型式的海堤越浪研究 (65)5.3.1不同结构型式海堤越浪模型设置 (65)5.3.2不同结构型式海堤越浪数值模拟结果 (66)5.3.3 直立堤、弧形堤和反弧形堤越浪过程和受力对比 (68)5.4不同因素对海堤越浪量的影响研究 (73)5.4.1 相对干舷高度对不同结构型式海堤越浪量的影响 (73)5.4.2 波周期T对不同结构型式海堤越浪量的影响 (74)5.4.3 堤脚水深ds对不同结构型式海堤越浪量的影响 (75)5.5 本章小结 (76)第6章结论与展望 (78)6.1 论文主要工作 (78)6.2 研究展望 (79)参考文献 (80)发表论文和参加科研情况说明 (84)致谢 (85)第1章绪论1.1研究背景和意义我国拥有漫长的海岸线，其中大陆岸线长达18000公里，岛屿岸线长达14000公里，这些海岸线主要分布于我国东部沿海经济发达地区。
水流对沙滩冲刷过程的数值模拟
5.3 水流对沙滩冲刷过程的数值模拟5.3.1案例简介本案例是对水流冲刷沙滩过程的气固液三相流进行数值模拟，如图5-3-1所示，这是一个简化的二维模型，区域总长度为2000mm，总高度为500mm，下半部为一倾斜的沙子区域。
水流从左上角的100mm高的进口流入，进入区域冲刷沙子，然后从右侧500mm高的出口流出。
通过模拟，可清楚的看到水流对沙滩的冲刷过程，已经气固液三相的分布情况。
图5-3-1 水流冲刷模型5.3.2 Fluent求解计算设置1．启动Fluent-2D（1）双击桌面Fluent14.0图标，进入启动界面。
（2）选中Dimension→2D单选按钮，取消对Display Options下的三个复选按钮的选择。
（3）其它保持默认设置即可，单击OK按钮进入Fluent 14.0主界面窗口。
2．读入并检查网格（1）执行菜单栏中的File→Read→Mesh命令，在弹出的Select File对话框中读入convection.msh二维网格文件。
（2）执行菜单栏中的Mesh→Info→Size命令，得到如图5-3-3所示的模型网格信息：共有14342个节点，28411个网格面，14070个网格单元。
（2）执行菜单栏中的Mesh→Check命令。
反馈信息如图5-3-4所示，可以看到计算域三维坐标的上下限，检查最小体积和最小面积是否为负数。
图5-3-3 网格数量信息图5-3-4 Fluent网格信息3．求解器参数设置（1）单击选择左边workspace中P roblem Setup→General命令，在出现的General 面板中进行求解器的设置。
（2）General面板中，开启重力加速度。
单击选中Gravity复选按钮，Y(m/s2)文本框输入-9.8，Time下选中Transient单选框，其它求解参数保持默认设置，如图5-3-6所示。
图5-3-6求解参数设置（4）单击选择Problem Setup→Model命令，对求解模型进行设置，如图5-3-7所示。
基于VOF法的波浪数值模拟水槽(池)建立探索
第03期（总第466期）吉林水利2021年3月［文章编号"1009-2846(2021)03-0001-05基于VOF法的波浪数值模拟水槽（池）建立探索关大玮董志3,苗青竿张从联®（1.广东省水利水电科学研究院广东省水动力学应用研究重c实验室，广东广州510635；2.河口水利技术国家地方联合工程实验室，广东广州510635；3.广东省水安全科技协同创新中心，广东广州510635）［摘要］基于CFD技术建立的数值波浪水槽试验，使用了波浪理论构建的数｛水槽模型，在一定程度上能够代替物理实验的波浪水槽％数值波浪水槽构建难点在于实际波浪由于受到建筑物、地形等影响，往往会发生破碎、涡旋等现象，造波消波方法的选择也会对数值水槽建立和计算的准确性产生不同程度的影响％本文采用FLOW-3D软件，利用VOF方法，建立波浪数值水槽，将实验结果与Vincent and Briggs的椭圆浅滩实验结果对比，二者较为一致，说明波浪数值水槽结果合理有效％［关键词］数值水槽；造波；消波；数值模拟［中图分类号］TV139.20引言近年气候变化导致极端天气时有出现，台风、海啸和风暴潮时有发生。
灾害发生时，海堤在使沿海地区免遭潮、浪袭击的方面起到关键作用％所以，海堤的破坏往往导致严重的后果％因此，对海堤越浪影响的研究也愈发充分％越浪研究的实验关键在于能模拟现实情况的波浪水槽。
传统的波浪水槽建立在实验室，通过造波机波浪，将的模于水槽，果％传统物理实验水槽存在人力、力和时间本过高,测的有限的问题，的情况下难以一一模拟到，研究。
机技术发展，于CFD建立的数值波浪水槽试验，用的案例越来越％使用波浪理论建的水槽模，在理实验的波浪水槽。
于机建立的波浪水槽，［文献标识码］B传统理水槽，人力和，，使用的案例也愈发％112建立有的波浪水槽，在理后，的高波陡的0.3—0.5%、122于的N-S方和VOF方法，利用CFD软件FLUENT,经二次开发提出边界造波、多孔介质消波的方法，建立对波高0.16、有模拟弱线波浪水槽，具有高的实用价％李世森132用“三点”分离反射波，〕讨波浪水槽的建立时，如何组合消波介质能得最好的消波效果％路宽等142对几种的紊流模型进行对比，认为在波浪水槽中，RNG k-s 模型精度最高。
基于Fluent斜坡海堤挡浪墙受力特性数值计算研究
基于Fluent斜坡海堤挡浪墙受力特性数值计算研究杨成刚;丁洁;郝嘉凌;邹恒【摘要】海堤是沿海地区防潮减灾体系中重要建筑物,文章以通州湾腰沙围垦二期通道工程为例,采用Fluent软件流体体积法模型构建数值波浪水槽,对海堤工程挡浪墙波浪力进行数值模拟,重点分析与研究直立型和半圆弧型挡浪墙随水深、波高、波长等参数变化时,挡浪墙迎浪面波压力分布以及波浪力大小变化规律.研究表明半圆弧挡浪墙具有反向挑浪减小墙顶越浪作用,同时墙体承受的波浪力明显大于直立型挡浪墙,在最不利水位及波要素组合下,半圆弧挡浪墙面承受的波浪力增大幅度为30％,为减少墙顶越浪量,大型岸外沙洲围堤工程采用半圆弧型挡浪墙是较好选型.【期刊名称】《水道港口》【年(卷),期】2019(040)004【总页数】11页(P380-390)【关键词】挡浪墙;波压力分布;波浪力;数值模拟【作者】杨成刚;丁洁;郝嘉凌;邹恒【作者单位】河海大学港口海岸与近海工程学院,南京210098;中交上海航道勘察设计研究院有限公司,上海200136;河海大学港口海岸与近海工程学院,南京210098;上海市政设计研究院,上海200092【正文语种】中文【中图分类】U656.2江苏省海岸线长达954 km，沿中部地区独特的动力地貌蕴育了长约200 km、宽约90 km的辐射沙脊群，对其匡围类型有边滩垦区和岸外沙脊垦区。
岸外沙脊垦区匡围的技术较边滩匡围难度大。
由于新匡围区将建设成为重要港口工业集聚区、宜居沿海城镇区、富有特色的滩涂海滨旅游区，不仅有力地推动沿海经济的发展，还能增加就业与社会有效供给，以及改善生态环境，保障经济社会的可持续发展。
对此，新匡围区海堤工程结构的坚固与稳定尤为重要，需能确保新匡围区内免受风暴潮、风浪侵袭，其损毁将会造成巨大的经济损失[1]。
海堤堤顶设挡浪墙一方面抵御波浪，另一方面节约断面土石方量[2]。
对于挡浪墙结构承受的波浪力值，大多采用物理模型试验研究确定，近年来也有采用波浪数模进行研究。
基于FLUENT二次开发的数值波浪水槽_杨锦凌
在前端消波区： um cu j (1 c)ul ； vm cv j (1 c )vl ； pm cp j (1 c) pl 。 其中 [c]x min 0 [c]x max 1 。 在尾端消波区： um cu j ； vm cv j ； pm cp j 其中 [c]x min 1 ； [c]x max 0 。 将以上各区域的速度和压力表达式代入连续性方程（1） 和动量方程（2）和（3）后，得到水槽中各功能设置区内的 动量源项为： 造波区：
自由面的追踪采用 VOF 方法，即体积分数函数 q 定义
q =1，则表示单元内全部为第 q 相流体；若 q =0，则说明 该单元内没有第 q 相流体；若 0＜ q ＜1，则该单元称为交
q=1 代表气相，q=2 代表液相。 q 满足方程：
为单元内第 q 相流体所占有体积与该单元的体积之比。即若
利用软件的二次开发为数值波浪水槽添加造波、消波模块，在模拟水槽造波的基础上，分别验证了水槽末端以及造 波端消波的有效性，通过与以往造波、消波方法相对比，表明本文基于 FLUENT 软件建立的造波、消波功能的数值 波浪水槽具有高效性和精确性，为波浪与建筑物作用的后续研究工作奠定了基础。 关键词：FLUENT；源函数；二次开发；数值水槽 中图分类号：TV139.2 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2012）05-0059-03
第 5 期 杨锦凌等：基于 FLUENT 二次开发的数值波浪水槽 61
图 c 波腹点处波形随时间过程线
界面单元，对于波浪流动问题，它属于水、气分层交界，即
2
图2
不同位置处波面数值解与理论解对比
（2） 水槽末端消波有效性的验证： 设定数值波浪水槽长 度为 60m，水深为 2m，波要素采用波高为 0.1m、周期为 1.99s。将造波和末端消波的动量源项添加到图 1 水槽各相 应功能设置区域，当对水槽进行造波和水槽末端消波时，在 水槽工作区 0.1L、3L、5L （其中 L 为波长） 处，监测波 面同线性波理论解的对比如图 3（a） 、 （b）和（c）所示，与 图 2 相比，由于减小了水槽工作区的长度，波浪的沿程衰减 随之减小，因此模拟得到的波形与理论波形吻合良好，另外， 利用此方法能够得到了长历时的稳定波浪，说明水槽末端的 消波效果良好。
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高和越浪进行了一系列的研究。
S a ville（19 5 5）[1]在水槽及水池中做了一系列有关波浪
爬高及越浪的 实验，在缩比模型实验的基 础上得到了估计波
浪最大 爬高及平均越 浪量的经验公 式；贺朝敖等 [2 ]做了一系
列的试验对带 胸墙的斜坡堤越浪量进行了 研究，讨论了堤前
波高，堤顶到 静水位的高度，平台宽度， 堤前水深，外侧坡
PRE SS UREINLET
计算域
WALL
消L
L
波A 区W
射波高 H0 为 1m ，Ca se 5 ~C a s e8 入射波高 H 0 为 2m 。
800
Ca s e 1
s)600
m·
3
/( m400
10
flux×200
600
) s ·4 0 0 (m 3m/ 0 1 ux×2 0 0 fl
p 为压强，μ为 粘性系数，Fx 和 F y 分别为附加的源项。
VOF 输运方程：
αq + t
(uαq ) + x
(w z
)
q
=
0 ，α1
+ α2
=
1，q=1 ，2
（4 ）
式中：体积分数函数 αq 定义为单元内第 q 相流体所占
有体积与该单元的体积之比。
2．数值水槽的验证
数 值水 槽中 通常 采用 推板 式造 波和 源造 波两 种造 波方
波浪水槽进行了简单斜坡堤断面波浪越浪量的计算模拟。
本文基于 F LUE NT 软件平台，采用了质量源造波法验证
了无护面块体 时的越浪情况，其中在有胸 墙条件下考虑了胸
墙高程和斜坡 坡度这两种因素对于越浪量 的影响，并与前人
的物模实验结果进行了对比，结果吻合良好。
一、数学模型
1．控制方程
二维情况下对 于自由面流动问题，液体是 不可压，流体
74
中国 水运
第 11 卷
3 0m ，水深 6 m 。图 2 给出了源造造波法下造波源右边界处 注：所有工况下的斜坡坡度都为 1 ：1 .5 。C a se 1 ~C a s e4 入
波面历时曲线的模拟结果。其中入射波波高为 1.2 5m ，周期 为 5 .32 s 。
Y
R T
造
E M
波
YM 区
S
方程，发展了适用于 VOF 方法的源造波-消波技术；张九山
（2 00 6）[4]也采用同样的源函数造波—消波方法，将多孔介
质模型作为耗 散源项添加到动量方程中， 对堤上不同位置铺
设异型块体时的越浪进行了数值模拟；刘亚男等（2 00 7）[5]
将造波方法进一步改进，采用解析松弛造波- 消波方法，将实
际计算得到的 流速和压强在每一时刻进行 更新，利用该数值
C2
1 2
ρv
vi
（7）
式中：右端为惯性损失项，C 2 为惯性阻力系数。
为了使 消波段既能完全消去波能，又 不至于使波浪刚传
入消波段即产生反射，本文对系数 C 2 进行随 x 坐标线性递增 的 处 理 ， 可 以 利 用 F LUE NT 中 的 UDF 宏
DE F INE _P RO FILE（n a m e ，th r e a d，in d ex）实现。
为了消 除波浪二次反射的影响，数值 模拟中适当加长了
水槽的长度，图 1 为本文采用的源造波法数值水槽示意图及
边界设置。水 槽长 度取 为 40 0m ，其中造波区 2 0 m ，消波区
收稿日期：2 01 1- 0 4- 20 作者简介：王 鹏（1 98 6- ），男，大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，硕士，从事海岸和近海工程研究。 基金项目：国家自然科学基金（5 0 9 2 1 0 0 1 ）和海岸和近海工程国家重点实验室开放基金资助。
影响，并和物模试验进行对比，拟合了坡度和胸墙墙高与越浪量的关系曲线，结果值吻合良好。
关键词：F LUE NT；造波；越浪；胸墙；坡度
中图分类号：P731. 2
文献标识码：A
文章编号：1006- 7973（2011）07- 0073- 03
波浪爬高和越 浪量是衡量防波堤和护岸工 程有效性和安
全性的一个重 要指标。近年来，国内外众 多学者对波浪的爬
的粘性系数是常数，
连续方程： u+ w=0 xz
（1）
动量方程：
uu
u 1p
2u
2u
+u + w = txz
+v ρx
+ x2
z2
+ Fx
（2 ）
w+u w +w w= g t xz
1 p+v ρz
2w + x2
2w z2
+ Fy
（3 ）
式中：ρ为流体密度，u 和 w 分别为 x 和 z 方向的速度，
式，本文将采用后者。
本文借鉴高学平等（2 00 2 ）[6 ]的源造波法，利用 F LUE NT
中的 UDF 宏 DE FINE _S OUR CE（n a m e ，c ，t ，d S ，equ ）
编程在 FLUENT 平台上实现。其源项等于生成波相应的水平
速度，造波时同时产生传播方向相反的两列波，源项采用（6 ）
第 11 卷 第 7 期 2011 年 7 月
中国水运 Chi na Wat er Tr a ns por t
Vol . 11 J ul y
No. 7 2011
基 于 FLUENT 的 海 堤 越 浪 数 值 模 拟
王 鹏，孙大鹏
（大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 1 1 6023）
摘 要：文中基于 F LUE NT 软件平台，采用 VOF 法、R NG k -ε的湍流模型，基于线性波理论，通过 F LUE NT 的
二次开发功能实现了质量源造波。验证了光滑坡面时的 越浪，包括无胸墙和有胸墙两种情况。无胸墙情况下与前人
的数值结果和物模结果各进行了对比。有胸墙的情况下 ，分别考虑了胸墙高程和斜坡坡度这两个因素对于越浪量的
式，为线性波。
q = 4 X 0ωsinh( kd ) cosh( k( z + d )) cos( kx
s
(sinh( 2kd ) + 2kd ) dx
ωt )
（6 ）
消波方 法采用多孔介质消波，它是一 种仿物理消波，即
在动量方 程右端添加一个动量衰减的源 项，忽略黏性阻力，
其源项表达式为：
Si =
度，护面块体糙渗系数等多种因素对越浪量的影响。
随着计算机技术发展，利用 C F D 技术建立数值波浪水槽
具有广泛的应用前景。基于 FLUENT 软件，国内近几年探讨
ห้องสมุดไป่ตู้
了不少关于其 造波与消波的方法，并且对 该数值波浪水槽如
何用于越浪模拟上也有一定的研究。周勤俊等（2 00 5）[3]利
用 F LUE NT 软件，将入射波波场作为人工的分布源加入动量