1。2。1 畸形波浪的研究 

1。2。2 畸形波浪与结构物相互作用研究进展

1。3 小结 

综上所述，由于海洋环境本身极其复杂，海洋结构物与畸形波浪的相互作用 及水动力响应的实验研究仍处于经验积累阶段，系统性的理论研究也较为稀缺。 目前，关于波物流固耦合的研究主要从两方面入手：一是着重于模拟真实海况的 非线性波浪，可通过物理造波和数值波浪水槽进行探索研究；二是重点探讨一种 强非线性的流固耦合的模拟方法，即对 Navier-Stokes 方程和连续方程、Laplace 方程和非线性边界条件求解。势流理论结合 Laplace 方程和完全非线性边界条件 可以有效地模拟非线性波，但是遇到波浪破碎、飞溅等强非线性线性时就会失效。 基于 VOF 法的 Navier-Stokes 方程可以完全揭示波浪的非线性特征，但由于计算 域会随着时间变化，每一时刻都需要对瞬时水面及瞬时湿表面的网格重新划分， 随着计算域的增加，所需的计算量也急剧增加，相应地也会消耗更长的计算时间。 当下，我们仍需深入研究，找到一种对畸形波更为精确和有效的模拟方法。 

1。4 本文的主要内容

（1）通过分析国内外关于畸形波事件的报道，总结畸形波的生成机理及研 究进展。 

（2）基于流体力学理论和结构动力学理论，建立包括流体控制方程、结构 控制方程、自由表面、壁面边界条件、流固界面和无限边界条件的结构和波流固 耦合数学模型，并说明该方法的求解问题。 

（3）运用仿物理推板造波，利用 Fluent15。0，用 UDF 程序开发加载的程序 界面，建立数值波浪水槽。 

（4）用 JONSWAP 谱描述随机波浪特性，通过 MATLAB 数值计算有效的目 标频谱范围，用均匀分布的方式产生目标频谱范围内的若干余弦波的随机频率。 借助波浪理论和波能聚焦方法，将产生的随机群信号以及相位干涉信号通过文献综述

UDF 程序传递给推板，实现在指定地点、指定时间点生成畸形波。 

（5）借助 CFD 技术，在数值波浪水池中建立畸形波与浮式结构物相互作用 的数值模型，模拟系列工况下，畸形波与浮体的耦合运动响应及动力响应，并验 证模拟所得数据的可靠性。 

第二章 数学模型和数值方法 

波浪与浮体结构之间的相互作用是一种典型的流固耦合问题。20 世纪 80 年 代以来，由于计算科学的飞速发展和数值分析方法的出现，为学术界对流固耦合

（流体-结构耦合）的研究提供了技术和理论的支持，加快了研究进程。下面将 分别对波浪与浮体结构之间的相互作用所涉及到的流体运动与结构运动方程加 以介绍，给出相应的数学模型与数值方法。 

2。1 数学模型 

2。1。1 流体控制方程 

波浪运动是一种典型的带自由液面的流体运动，其流动控制方程，是基于能 量守恒定律和质量守恒定律导出的。 

1）连续性方程——质量守恒定律的数学表达式 

        Dp(v) 0                                 

Dt (2。1)

其中  为密度，v 为速度向量。通常流体视为对不可压缩，其连续方程简可化为 

式中, u , v , w 流场中任意一点的速度 v 在 x , y , z 方向上的速度分量； 2）动量守恒方程 

为了使数学模型具有通用性，以能够处理海洋结构物在粘性流场中的运动特性，