1. 研究目的与意义（文献综述）

波浪是海洋中最常见的物理现象之一，也是海岸工程结构物、船舶与海洋工程结构物等承受的主要动力荷载之一。自然界中的波浪是一种极其复杂的物理现象，由于海上风速风向变化，波浪破碎等多种因素作用，真实条件下的波浪是一个高度不规则、不可重复的随机过程。船舶在波浪中航行时受波浪激励而产生摇摆，使得船舶的稳性降低、航行阻力增大、操纵增加困难以及适居性变差。当海况恶劣时，船舶剧烈的纵摇与升沉会引起波浪对船艏底部的砰击及甲板上浪，引起船体结构及船用设备的损伤与破坏。对于海洋工程结构物而言，锚泊的海洋工程平台会受到波浪漂移力的作用，从而直接影响到平台的稳性；长期的随机波浪载荷作用会引起海洋平台各构件的疲劳破坏。因此研究海洋波浪的传播特征对于深海工程结构、近海工程结构以及沿海居民具有重要的指导意义。

数值波浪水池模拟造波是研究波浪的关键技术之一。目前国内外对波浪数值模拟的研究方法可以分为两种，一种是仿照物理造波技术进行模拟，另一种是纯数值的造波方法。仿照物理造波技术即采用推板或者摇板的方式进行造波，它的主要原理是模拟推板或者摇板的振动，将其作为扰动源并数值化，然后作为相应的边界条件添加到数值水池模型中，从而达到造波的效果。刘加海根据推板造波原理使用 FLUENT 软件实现了对二维数值水槽中线性规则波的模拟。顾挺锋以哈尔滨工程大学的海洋工程水池为原型，采用压板造波原理，得到了稳定的线性规则波，不规则波波场并成功模拟出消波滩上的波浪爬高以及破碎现象。孙哲利用 MATLAB 软件编写出二维数值波浪水池的模拟程序，波浪的生成采用摇板造波形式。仿物理造波方法的原理非常简明易懂，其波浪生成的功能也相对完整而且由，于是仿照现实的物理模型进行因而更加容易得到验证。缺点是计算域内网格数量多，计算时间长，推板或者摇板的存在会对结构物反射回的波浪造成二次反射。由 Brorsen 和 Larsen提出的源造波方法不仅解决了推板或者摇板的二次反射问题，而且使用源项进行造波没有动网格，对网格精度要求相对较低，较仿物理造波法来说计算效率也有所提高。源项造波法的原理是在计算域内设置一个造波源，把源项添加到连续性方程或动量方程中，从而使得造波源两侧同时产生两列完全对称的波。1991年，Ohyama以势流理论以及边界积分法为基础，使用源项造波法模拟出了数值波浪水槽，他模拟出的水槽非常好的解决了波浪反射的问题，并且可以对不规则波进行生成模拟；2001年，Lee.Liu等人提出的源造波法可以适用于不同类型的Boussinesq方程，研究单向规则波和多向不规则波在传播的过程中产生变形的现象，同时也研究了关于浅水非线性波浪的反射问题。源函数的导出具有良好的适应性，不受非线性和不规则性等条件的限制，但由于其是利用数值模拟的形式创造出的理想化造波方式，现实中难以实现。

从上面总结的情况来看，国内外在数值造波技术方面已经取得了不少成果，然而各种造波理论都是基于特定的工程条件提出的，因此这些造波理论的适用范围比较狭窄，不能适应于最为普遍的海洋工程条件。Dean提出基于流函数的非线性波浪理论，具有适用范围更广，精确度更高，可扩展到任意阶数、拟合条件好等优点，在近些年得到了大力的发展。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容和目标

本文从应用的角度, 研究在完全非线性boussinesq方程数值水池框架下,如何采用流函数方法进行造波。包括生成目标波形、模拟波浪传播过程以及与理论计算结果或文献数据进行比较分析,以检验该方法的合理性。

本文的主要目标是基于boussinesq方程在三维数值水池中实现流函数造波。采用 boussinesq 型方程作为基本方程模拟近岸水域的波浪运动是近年来海岸工程的研究热点，而流函数具有可以生成强非线性波浪的特点，而这种类型的波浪常见于浅水区域。因此，将流函数结合速度势boussinesq 方程造波是本文的研究目标，具有解决近岸水域波浪的数值模拟问题，精确度更高，拟好条件更好的优势，也是本次论文的主要创新点。

3. 研究计划与安排

第1周：查阅读数值水池造波技术相关文献资料，仔细阅读设计任务书，明确研究内容。

第2周：了解研究所需具备的基本知识及所要掌握的软件，安装并熟悉matlab软件。

第3周：确定方案，完成开题报告。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]李宏伟,数值水池造波方法研究,2009,哈尔滨工程大学,硕士论文.