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波浪对钱塘江古海塘墙体作用的CIP方法模拟

Numerical study of wave impact on the ancient seawall along Qiantang River using CIP-based method

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赵西增

(浙江大学海洋学院)

摘要:针对钱塘江古海塘的破坏现状和当地的水动力条件,基于紧致插值(constrained interpolation profile,CIP)方法建立多相流数学模型,开展波浪对墙体作用的立面二维数值模拟研究,重点分析作用过程中的冲击压力和流场特性。模型在直角坐标下建模,以高阶差分CIP方法为流场基本求解器,离散纳维斯托克斯(N-S)方程,通过多相流理论描述水-气的相互作用,采用流体体积(volume of fluid,VOF)函数类型的高精度双曲正切函数(tangent of hyperbola for interface capturing,THINC)自由面捕捉方法改进传统的数学模型,更加准确地重构了自由水面。重点分析波浪对墙体的冲击压力,并通过与实验结果的比较,验证了结果的正确性。计算结果对开展海塘墙体防护工作具有重要意义。

关键词:海洋工程;多相流;紧致插值方法;冲击压力;高精度双曲正切函数方法

针对钱塘江古海塘的破坏现状和当地的水动力条件,基于CIP方法建立多相流数学模型,开展了特定工况下规则波对墙体冲击过程的数值模拟,再现了波浪对墙体的冲击过程和冲击过程中的流场特征,预测了冲击压力并与实验结果进行了比较。文中给出了相关试验结果,论证了方法的有效性,计算结果对开展海塘墙体防护工作具有重要意义。本文提供的数值模拟方法可为该领域的深化研究所借鉴。

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