1. 研究目的与意义（文献综述）

如何在试验室中通过人工方式造出自然界中的波浪并再现其传播特性是海洋与近岸工程领域的热点课题之一。当前物理造波有两种方法：一种是推板造波；另一种是摇板造波。经过几十年的发展，相关造波理论已经逐渐完备，出现了线性波、高阶波以及孤立波等造波理论。特别是随着计算硬件的发展，计算机的计算效率大幅提升，使得采用数值方法来求解流体动力方程来模拟物理造波过程达到实用化程度。

当前，出现了一批较成熟的计算流体动力学(computational fluid dynamics,cfd)软件，如fluent、openfoam、cfx等，可用于数值模拟造波过程以及波浪的传播特性。这些数值工具提供了求解navier-stokes(n-s)方程、reynolds-averaged navier-stokes(rans)方程等的求解器可用于本课题的研究。相比较而言，openfoam是开源的，用户可在其基础上进行二次开发，达到相关研究目的。本课题拟在openfoam的基础上开发一种新的动边界条件，使之能模拟推板的线运动，实现推板造波和波浪传播过程的数值模拟研究。本课题的研究除了在openfoam的基础上进行二次开发外，还需要根据相关波浪造波理论确定推板的运动形式，产生目标波形。自1929年havelock根据线性波浪理论导出推板运动形式和目标波形的关系以来，造波理论逐渐完善，如sulisz、sch#228;ffer和madsen等人提出二阶造波理论、goring提出孤立波造波理论等。本课题拟根据madsen的二阶造波理论和goring的孤立波造波理论确定推板运动形式，进行二阶波浪和孤立波造波的数值模拟。

本研究仅涉及波浪产生和传播问题，流体流动仅处于层流状态，因此数值模拟时采用openfoam中求解n-s方程的求解器，而忽略湍流的影响，自由面采用体积分数法（vof）来捕捉。另一方面，数值模拟时仅建立二维数值波浪水池，这对研究波浪的产生和传播不失一般性。为避免水池末端壁面对波浪的反射，影响到目标波形的观察，在水池末端区域设置阻尼消波区，也就是在n-s方程中加入阻尼项，并且在消波区域之外阻尼项为零。

2. 研究的基本内容与方案

1、研究的基本内容

在openfoam的基础上进行二次开发，植入一种动边界条件，实现推板造波的数值模拟；根据相关的造波理论确定推板运动形式，即madsen造波理论和goring的孤立波造波理论；建立二维数值波浪水池，研究时间步长和网格疏密程度对目标波形的影响；设定与数值模拟一致的试验方案，进行水槽试验，将试验数值与模拟结果进行比较分析。

2、研究目标

3. 研究计划与安排

第1周：阅读文献；

第2周：对文献进行综述；

第3周-第4周：学习推板造波相关理论，建立推板运动与波形之间的关系；

4. 参考文献（12篇以上）

[1].dong, c. m. and huang c. j. (2001), on a 2-d numerical wave tank in viscous fluid, proceedings of the eleventh international offshore and polar engineering conference, stavanger, norway, pp. 148-155.

[2].grilli, s.t., guyenne, p. and dias, f. (2001), a fully nonlinear model for three-dimensional overturning waves over arbitrary bottom, international journal for numerical methods in fluids, 35(7), pp. 829-867.

[3].hafsia, z., hadj, m. b., lamloumi, h. and maalel, k. (2009), internal inlet for wave generation and absorption treatment, coastal engineering, 56, pp. 951-959.