海啸波近岸演变的CIP方法模拟

摘要

海啸波随着水深的变浅会发生破碎,进而形成紊流向岸边传播或在近岸防波堤上破碎,从而产生漫顶流.这样强烈的海浪破碎与相伴的波浪力会引起结构的失效破坏,而湍流和涡流的出现也会导致沿海防波堤附近底部沙大规模的流失,从而引起结构的不稳定.因此开展海啸波近岸演变的研究对海啸减灾至关重要.本文基于自主研发CIP-ZJU(Constrained Interpolation Profile in Zhejiang University)数学模型,开展海啸波近岸演变的数值模拟研究.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N-S(Navier-Stokes)方程,通过多相流理论描述固-液-气之间的相互作用,采用VOF(Volume of Fluid)类型THINC(tangent of hyperbola for interface capturing)方法改进传统的数学模型,可更加准确地重构自由水面.开展不同水深情况海啸波近岸演变的数值模拟,模拟得到的海岸地形上不同位置处的波面及冲击压力等结果与实验数据吻合较好.结果表明CIP方法模型能很好地模拟海啸波的近岸演变和变形过程,可进一步应用于实际波浪问题的计算.