基于VOF法的波浪变形与爬坡过程模拟研究

波浪变形数值模拟研究是当前海洋工程领域的重要课题，由陈文明和潘存鸿合作完成。波浪变形作为海洋自然现象中的关键现象，它对诸如工程结构的波浪荷载、海岸泥沙运动、港口口门区泥沙运动以及河口污染物扩散等实际工程问题有深远影响。传统的研究往往侧重于最大爬高的验证，但本文则突破了这一局限，利用二阶精度的VOF（Volume of Fluid，体积网格法）自由面重构技术，构建了一个基于N-S（Navier-Stokes，纳维-斯托克斯）方程的数值水槽模型。 VOF方法是基于流体体积守恒原理，通过追踪每个网格单元内的流体界面变化，精确模拟液-气界面动态。在本文中，作者模拟了孤立波在缓坡海滩上的完整运动过程，特别是在孤立波接近海岸时，随着水深减小，波浪高度显著增加直至破碎的现象，以及随后的水流回落，这些复杂动态都被该数值模型成功捕捉和验证。 海啸作为具有巨大破坏性的海浪，其爬坡过程对灾害预测和防护至关重要。虽然先前的研究者如Owen、邹光远和祝会兵等对波浪爬高有所贡献，但对整个爬坡过程的模拟和实验验证相对较少。本文的工作填补了这一空白，对于理解海啸等长入射波的爬坡机制，优化防波堤设计、评估波浪对工程结构的影响以及海岸泥沙运动的预测等方面，具有实际工程应用的深远价值。 这篇首发论文通过对波浪变形的深入数值模拟，不仅深化了我们对波浪动力学的理解，也为海洋工程领域的灾害预防和风险管理提供了有力的工具和数据支持。这项研究有助于提高我们抵御自然灾害的能力，降低其对人类社会和基础设施的危害。