数值波浪水槽与传统物理模型试验相比具有明显的优势，引起了许许多多国内外学者的关注，对数值波浪水槽进行了一系列的研究工作。1997年ISOPE提出，一个合格的数值波浪水槽应满足以下条件：

（1）能够进行实时模拟；

（2）在有界的区域内能够进行数值模拟；

（3）能够模拟在重力作用的自由表面的运动；

（4）能够进行物理造波，比如动边界造波等。尽管计算机技术近年来发展很快，但是由于波浪的数值模拟技术还不够成熟，而且

自然界中波浪的运动十分复杂，在波浪的数值模拟这一块仍然有很长的一段路要走。如何提高波浪数值水槽的模拟精度和计算效率成为了今后研究的重点。

1.2国内外研究现状

1.3本文主要内容

本文主要研究二维数值波浪水槽的造波和消波模拟以及结构物与波浪的相互作用。本文通过GAMBIT软件建立了二维数值水槽网格，再在FLUENT中建立了二维数值水槽模型。模型中采用推板式造波方式生成所需的的线性波浪以及非线性波浪（Stokes波）。并且通过稀网格消波和添加动量源项方式消浪，消去在水槽末端壁面反射波的影响。依据所建立的二维数值水槽分别模拟了固定式与浮式结构物的运动响应和波面时历曲线。

本文主要内容如下：第一章阐述了数值水槽造波的研究现状，介绍了数值波浪水槽国内外的研究背景。第二章对本文的造波和消浪方法作了简要的说明，造波方面采用造波机进行了推板造波，自由表面通过VOF来模拟，消波方面则采用添加源项和稀网格相结合的方法。第三章从理论背景方面介绍了本文所模拟的规则波和非线性波的波浪理论。第四章开始进行建模和分析，利用Gambit首先建造二维数值水槽网格，再将建造好的网格导入FLUENT，在FLUENT软件里建立二维数值波浪水槽模型。在模型中采用推板式造波和源项造波消浪法在数值水槽中进行造波和消波模拟，本文模拟的两种波形分别为了规则波和Stokes波，模拟结果也进行了分析，模拟结果与理论波面吻合较好，满足要求。

第五章我们在水槽的工作区分别加放固定结构物和浮式结构物来模拟防波堤与波浪的相互作用，研究堤前堤后的波浪变化，分别分析其消浪效果，再对二者的消浪性能进行比较和分析。

第二章 理论背景

2.1软件介绍

2.1.1FLUENT软件介绍

FLUENT软件可以解决复杂流体的很多问题，包括流体流动、动变形网格和材料加工等等。它可以对非结构化网格进行简单化处理，从而降低计算的难度。网格划分类型很多并且能很好地适应几何边界，二维下网格通常是三角形和四边形。FLUENT软件的算法和传统的数值算法不同，FLUENT软件的算法是有限体积法，这种方法不仅稳定性好，而且计算精度比较高。FLUENT软件的优势如下：

（1）能够处理流动问题，不管是可压缩还是不可压缩。

（2）能够处理流动问题，不管是定常还是非定常。

（3）模拟物体运动时引入了动网格技术。

（4）囊括了多种算法和湍流模型。

（5）囊括了多相流模型。

（6）囊括了多孔介质流动模型。

（7）能够对体积源项进行处理。

（8）提供了用户自定义函数（UFD），能够进行二次开发。

FLUENT网格的使用非常灵活，尤其是非结构网格，比如二维三角形网格，哪怕流体的外形再多复杂，非结构网格都可以解决其问题。在知道解的情况下，如果想修改网格，比如对其细化，非结构网格可以使用混合型。相比之下，自适应网格的优势体现在预测的准确性，比如大梯度区域的流动。精度已经给出的情况下，解适应细化不仅能让网格细化变得很容易，还能一定程度的减少计算量。