极端波浪,是一种具有异常波高及不对称波形的强非线性波浪。遭遇极端波浪一直是船舶以及海上结构物受到严重破坏的最主要原因之一。对极端海浪生成以及演化进行数值模拟的工作,有助于更好地解决极端波浪与结构物相互作用问题,对保障海上人员与财产安全方面具有重要意义。本文基于高阶谱(HOS)方法对波浪演化和极端波浪生成进行高效模拟,并通过构建耦合模型来实现CFD计算域内的极端波浪重构。本文首先对两种基于高阶谱方法的模型HOS-ocean与HOS-NWT的控制方程、边界条件、求解流程进行介绍,并通过标准算例验证了两种模型在模拟波浪演化问题上的准确性与稳定性。在现有HOS-ocean模型中引入ITTC双参数谱,实现了该海浪谱下波浪的初始化模拟,并通过谱分析验证了工作的正确性。基于HOS-ocean模型,本文通过两种方式对极端海浪进行模拟,一种是通过调整初始时刻各个波浪组成部分的相位,在固定时刻以及位置形成聚焦波,一种是对大范围海域进行长时间非线性波浪演化后得到极端波浪。本文在选择具有不同方向性参数的大范围波浪场进行长时间模拟后,发现波浪场的方向性越强,其中产生的极端波浪的平均横向波长就越大。本文实现了基于高阶谱方法与CFD计算耦合模型的构建,包括设置松弛区、选择插值模型、设计接口模块及整个计算流程。通过对高阶谱模型计算的多种基本类型波浪在CFD计算域内重构,验证了耦合模型的有效性。接着,基于高阶谱模型所计算的极端波浪周围的流场信息,耦合模型对该区域进行波浪场的重构,在CFD计算域内实现了聚焦波生成过程的模拟,以及大范围海域中极端波浪的重现。最后,本文还利用耦合模型对极端海浪的波峰波谷附近内部流场的速度分布进行分析,发现在极端海浪生成时刻,速度分量在波浪传播主方向上具有很强的集中性。