基于COMSOL软件的数值造波模拟

    海洋环境中，人们对于深海原油、矿物和天然气等资源的开发，建设了各种各样的海洋构筑物。这些构筑物在使用期间不可避免地与周围的复杂海洋环境相互作用，这包括波浪作用、风作用、地震作用及海洋生物的栖息等等。其中，波浪对构筑物及下覆海床的影响尤为常见且重要。在波浪作用下，构筑物会受到波浪力、浮力、冲击力和绕流力等荷载，这些作用力与构筑物的稳定性与安全性息息相关。同时，这些构筑物也会改变波浪的传播和发展形态，波浪遇到构筑物会产生紊流、破碎、爬高、绕射和反射等物理现象，这有可能对承载构筑物的海床产生冲刷、液化等不稳定影响。研究海洋环境中，波浪的产生、传播及其与各种海工构筑物的相互作用对于海洋构筑物的安全、海床稳定及海洋环境中的物质输运都具有非常重要的现实意义。

    由于现场野外观测试验和室内模型试验需要耗费大量的人力物力，且耗时久，许多研究者转而对波浪场进行数值模拟。波浪的数值模拟能够高度还原波浪的传播机理及与结构物的相互作用，提供对于波浪理论的验证与支持。由于高性能计算机的高速发展，波浪场的数值模拟不再受制于存储空间和 CPU 计算能力等的限制，可以实现非常庞大复杂的数值模拟。波浪场的数值模拟过程主要包含三个过程，分别是：数值造波、波浪的传播、数值消波。其中，数值造波是提供稳定波浪的基础与源头；波浪传播过程中数学模型的选取决定了传播过程中的紊流、绕射、衰减等物理过程；数值消波可以有效减小计算区域，将波浪在传播末端去除，避免反射波浪对传播过程的影响。

    以往文献中有用FLUENT进行数值造FLUENT鲜有报道基于COMSOL软件的数值造波模拟，鉴于此，本案例将基于波浪理论，结合COMSOL软件给出二维工况下造波过程的数值模拟，本案例实现的造波可为后续进一步分析海浪与海床结构物的流-固耦合作用提供基础。

        数值造波模拟结果如图所示。

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