【摘 要】
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数值波浪水槽是解决波浪对结构物作用问题的重要研究手段之一，基于黏性流理论的数值波浪水槽因其具有最接近真实物理问题的特性而备受关注。现有的大部分黏性流数值波浪水槽在解决波浪与结构物相互作用的问题时，都存在高数值耗散问题；而具有强非线性的极端波浪及其对结构作用过程会涉及到波面大变形甚至破碎、瞬时砰击等复杂现象，对数值波浪水槽提出了更高要求。为此，本文基于多矩有限体积法(Volume-average/Point-value Multi-moment，VPM)和VOF(Volume of Fluid)类型的THI
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数值波浪水槽是解决波浪对结构物作用问题的重要研究手段之一，基于黏性流理论的数值波浪水槽因其具有最接近真实物理问题的特性而备受关注。现有的大部分黏性流数值波浪水槽在解决波浪与结构物相互作用的问题时，都存在高数值耗散问题；而具有强非线性的极端波浪及其对结构作用过程会涉及到波面大变形甚至破碎、瞬时砰击等复杂现象，对数值波浪水槽提出了更高要求。为此，本文基于多矩有限体积法(Volume-average/Point-value Multi-moment，VPM)和VOF(Volume of Fluid)类型的THINC/QQ(Tangent of Hyper-bola INterface Capturing method with Quadratic surface representation and Gaussian Quadrature)界面捕捉方法建立高精度的VPM-THINC/QQ三维黏性数值波浪水槽，并开展强非线性陡波长距离传播及其对结构作用的高保真数值模拟，取得成果如下：
(1)在100m长的水槽中开展强非线性陡规则波(ka=0.232，其中k为波数，a为波浪振幅)长距离传播的数值模拟，并和interFoam求解器结果比较，发现20倍波长位置处的模拟波高分别为目标波高的0.97和0.71倍；分析空间步长和时间步长对模拟结果的影响，发现本文开发的数值波浪水槽可实现陡规则波的长距离高保真模拟；对于给定的误差水平，当前模型的计算耗时较低。
(2)基于当前开发的可保证强非线性陡波长距离传播高保真模拟的数学模型，开展不同周期强非线性规则波对直立圆柱的砰击和爬高问题的模拟研究；通过与文献实验结果的比较，在数值上证实H/L=0.095tanh(kh)(H为波高，L为波长，h为静水深)作为判别圆柱受力过程是否发生“secondaryloadcycle”现象的临界指标；针对波浪爬高，发现圆柱表面的波浪爬高过程会发生“二次波峰”现象，圆柱迎浪点的相对波浪爬高随波陡的增大而增大。
(3)开展破碎聚焦波对圆柱砰击作用的数值模拟研究，通过与文献实验结果的比较，发现本文开发的数值波浪水槽可真实再现破碎聚焦波对圆柱的砰击作用过程，同时可准确地预测波浪翻卷破碎的波面状态和砰击作用力。
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