基于OpenFOAM的孤立波与多孔介质海堤相互作用的数值模拟研究的开题报告.docx

基于OpenFOAM的孤立波与多孔介质海堤相互作用的数值模拟研究的开题报告
一、研究背景和意义
海堤作为一种人工海岸保护结构，广泛应用于沿海海岸线的防护工程中。然而，在海堤保护结构的设计和施工过程中，如何准确判断和评估孤立波与多孔介质海堤相互作用时的水动力特性，一直是海洋工程领域中亟待解决的难题。随着计算流体动力学（CFD）技术的发展和普及，采用数值模拟方法研究孤立波与多孔介质海堤相互作用已成为厘清其水动力行为和动态响应的重要手段。
OpenFOAM作为一种开放源代码的CFD软件，在海洋工程领域中应用广泛，尤其擅长处理具有复杂几何形状和流体介质的问题。通过构建孤立波与多孔介质海堤的数值模型，运用OpenFOAM对其相互作用的水动力特性进行模拟分析，可有效提高安全性和经济性。
二、研究内容
（1）建立孤立波与多孔介质海堤数值模型，涵盖不同海堤形状、孔隙率和孔隙结构等因素，采用OpenFOAM求解水动力方程；
（2）通过数值模拟，研究孤立波在多孔介质海堤前传播、波高、波速等重要水动力特性变化规律，分析多孔介质海堤的防波能力和波浪减缓作用机理；
（3）考虑风浪等外界干扰因素，探究孤立波在多孔介质海堤前传播时的非线性效应和相互作用规律，分析其波浪力对海堤的稳定性影响。
三、研究方法
采用OpenFOAM软件建立数值模型，利用其求解海水动力学方程，重点考虑了多孔介质海堤对孤立波的影响。通过对孤立波运动、波高、波速、非线性规律等重要水动力特性的分析，探究多孔介质海堤的防波能力和波浪减缓作用机理，以及不同外界干扰因素对其的影响。此外，还将采用实验室的小型水槽进行实验验证。
四、预期成果
（1）建立孤立波与多孔介质海堤数值模型，研究其相互作用的水动力特性；
（2）探究多孔介质海堤的防波能力和波浪减缓作用机理；
（3）分析不同外界干扰因素对孤立波和多孔介质海堤相互作用的影响。
五、研究难点
（1）多孔介质海堤的复杂性，如何准确建立其数值模型；
（2）孤立波与多孔介质海堤的相互作用是一种多物理场问题，如何有效耦合求解；
（3）模拟结果的可靠性与精准性问题，如何减小数值误差。
六、研究计划
（1）前期调研和文献阅读，对OpenFOAM软件有深入掌握；
（2）建立孤立波与多孔介质海堤数值模型，并进行数值求解；
（3）对模拟结果进行分析和验证，不断改进模型和算法；
（4）撰写论文，整理数据和实验结果。
七、参考文献
[1]孙喜双,朱礼伟,宋鹏,等.多孔介质海堤的波浪减缓和防波能力数值模拟研究[J].上海交通大学学报,2017,51(11):1439-1447.
[2]BagherimiyabR,SoltanpourM,KavehkarM.Experimentalstudyofwavepropagationoveraporoussubmergedbreakwater[J].OceanEngineering,2020,194:106738.
[3]杜学超,肖鹏飞,张洛雯,等.多孔介质海堤波浪减缓特性实验研究[J].水动力学研究与进展,2019,34(5):627-637.