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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規(guī)則波在島礁淺海區(qū)傳播的數(shù)值模擬魏澤，王星，劉小龍(中國船舶科學研究中心，江蘇無錫2M〇82)摘要:針對島礁淺海區(qū)的復雜地形和波浪環(huán)境，通過求解B〇USSmeSq方程，結(jié)合區(qū)域源造波法，對規(guī)則波的傳播和演化進行數(shù)值模擬，數(shù)值計算結(jié)果與已有模型試驗對比表明，監(jiān)測點波高計算值與模型試驗值總體吻合較好。采用數(shù)學
2、插值方法，建立島礁實際復雜地形的數(shù)學模型，對島礁實際波浪環(huán)境進行預報，能夠為島礁浮式平臺設(shè)計提供波浪環(huán)境輸人。關(guān)鍵詞：島礁淺海區(qū);B0USSineSq方程;波浪傳播中圖分類號:U661.4文獻標志碼:A文章編號：1671-7953(2017)04-0186-05深遠海發(fā)展不僅需要深海油氣開采裝備技1基本理論術(shù)，還需要建設(shè)提供后勤、安全等的綜合保障基地。該類型綜合保障基地依托島礁和淺灘進行布1.1控制方程置，長期作業(yè)于海上，處于風、浪、流、溫度和腐蝕數(shù)學模型采用Nwogu[M]推導得到的改進等復雜
3、條件聯(lián)合作用下。其中，波浪載荷是其最Boussinesq方程模型。Nwogu用在水深某一深度主要、最復雜、持續(xù)作用時間最長的外界載荷。的流速、來代替經(jīng)典Boussinesq方程中的由于島礁地形非常復雜，加上海洋波浪運動具深度平均流速t/和F作為變量。改善后的色散有不規(guī)則性和非線性特征，精確模擬波浪的折關(guān)系可用來模擬波浪從深水傳播到淺水。射、繞射、反射、破碎、淺水變形及其綜合影響難1.2離散格式度很大。Boussinesq方程的三階導數(shù)項決定了方程的以Boussinesq方程為基礎(chǔ)建立的數(shù)學模型
4、能色散性，為了避免數(shù)值求解中使用三階以下精度夠描述波浪在緩變地形和定常水深中的很多變形的格式可能導致物理色散被非物理的數(shù)值色散掩情況，如非線性、頻散、輻散、線性和非線性淺化、蓋，需用高精度的差分格式對Boussinesq方程進多向傳播、繞射、地形引起的折射、流影響下的折行離散。在交錯網(wǎng)格下采用高精度緊致差分格式射、諧波，等，該模型不將入射波和反射波截然分離散動量方程，使得在保持差分點數(shù)目不變的情開，可以考慮地形、建筑物和非線性的綜合作用，況下對空間的差分精度達到四階，在得到了離散因此，被廣泛應用
5、于求解近岸復雜工程區(qū)域波浪方程后采用ADI法進行求解。場[1_6]〇1.3造波方法為此，考慮根據(jù)已有的某島礁淺海區(qū)試驗模采用區(qū)域源造波法，在某個連續(xù)的區(qū)域內(nèi)布型,建立數(shù)值模型，基于Boussinesq方程，采用置源項，通過將一條線上的源項分配到一個區(qū)域FUNWAVE軟件開展規(guī)則波在該島礁淺海區(qū)的傳內(nèi)，使得造波區(qū)域附近的物理量分布光滑。數(shù)值播和演化數(shù)值模擬分析，對波浪沿該島礁實際海模擬在平面的計算區(qū)域見圖1。由圖1可見，底地形傳播進行數(shù)值預報，為島礁浮式平臺設(shè)計計算區(qū)域的上下左右端均布置有海綿層，
6、用來進提供波浪環(huán)境輸入。行消波。計算區(qū)域的左端有一塊造波區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)布置源項進行造波[9]。1.4邊界條件收稿日期=2016-09-09修回日期=2016-10-09前后左右端均設(shè)置為海綿層，海底設(shè)置為固基金項目：973計劃資助項目（2〇l3CB〇36100)壁邊界。圖1給出了計算區(qū)域的邊界條件設(shè)置。第一作者:魏澤（1987—），男，碩士，工程師1)固壁邊界。在固壁邊界上，沿壁面法線方研究方向：艦舶結(jié)構(gòu)物水動力性能向上流體流量為零。1862017年船海工程魏澤，等:規(guī)則波在島礁淺海區(qū)傳播的數(shù)值
7、模擬第4期第46卷3計算結(jié)果及分析3.1計具結(jié)果在監(jiān)測點布置虛擬浪高儀群，輸出計算穩(wěn)定后監(jiān)測點的波高值。6個計算工況在監(jiān)測點處的數(shù)值模擬波高值、試驗數(shù)據(jù)，以及數(shù)值模擬結(jié)果與圖1計算區(qū)域示意試驗數(shù)據(jù)的相對誤差見表3、4。表中，i^al為本文2)開邊界9開邊界是指計算區(qū)域與其他水數(shù)值模擬結(jié)果，圪xp為試驗結(jié)果，試驗數(shù)據(jù)由江蘇域相連的邊界。對開邊界的處理要求出流的速度科技大學提供[11]s表2A101，A1Q2工況監(jiān)測點波高以及與試驗數(shù)據(jù)結(jié)果比較和流量傳出計算區(qū)域而沒有反射。開邊界的提法有2種:輻射邊
8、界條件和海綿吸收邊界條件。本A101A102監(jiān)文的數(shù)值模擬在計算區(qū)域四周均布置海綿吸收層測Hew(見美）Hexp(Up)點/m/m/%/m/m/%來進行消波WI1.8311.890-3.141.8501.59116.262數(shù)值計算W21.8352.038-9.961.8211.7752.61W31.7791.894-6.061.7251.789-3.60為驗證數(shù)值方法的可行性，選定的研究對象W41.7071.883-9.351.8471.879-1.72W51.7721.926-7.981.84
