一、引言

　　我國海域遼闊，近岸是重要的人類活動和經濟發展區域，潛堤作為重要的海岸防護工程，對防浪消波等有重要作用。波浪傳播受地形影響顯著，研究潛堤地形上波浪傳播變形規律意義重大。早期對潛堤地形上的波浪傳播特性研究以物理模型試驗為主，隨著計算機技術發展，數值模擬研究也大量開展，涉及勢流理論和黏性流理論等多方面研究。本文采用 OpenFOAM 開源平臺，基于黏性流理論建立模型，研究潛堤地形上強非線性波浪傳播變形特征及潛堤坡度對波浪形態的影響規律。

　　2.3 邊界條件

　　波浪數值水槽通過速度邊界法和松弛方法相結合實現造波和消波功能。速度邊界法在波浪生成邊界定義速度入口條件，水槽底部和消波邊界為不可滑移邊界條件，頂部邊界為氣相邊界。松弛區協助生成波浪、吸收反射波并消除消波邊界的波浪反射影響，松弛區內對流體速度、壓強和體積分數按特定公式修正。

　　三、數值水槽模型驗證

　　3.1 網格收斂性驗證

　　選取 4 組不同分辨率網格進行數值計算，對比不同網格分辨率下x=12.5m處波面高程時間歷程。結果表明網格 3 和網格 4 計算結果滿足網格收斂性要求，為節約資源，后文使用網格 3 進行計算。

　　3.2 波浪傳播過程的波陡驗證

　　在特定條件下，驗證數值水槽模型在大波陡波浪生成和傳播過程的計算精度。結果顯示數值計算結果與五階 Stokes 波理論解吻合較好，說明模型計算精度良好。

　　3.3 潛堤地形上波浪傳播驗證

　　以 Beji 等的物理試驗為驗證算例，設置數值計算域和波浪參數，在水槽中設置浪高儀。結果表明數值計算結果與試驗值吻合度較好，且在大波陡波浪與潛堤相互作用計算中，采用五階 Stokes 波浪理論更合理。

　　四、不同參數對波浪傳播的影響

　　為全面考察波況條件、潛堤坡度對潛堤處波浪傳播的影響，設置不同入射波陡和潛堤坡度參數。研究發現，小波陡工況下波形有周期性和相位差，坡度越平坦相位越滯后;強非線性波浪條件下不同坡度波面形態區別大且可能破碎。對波面做無量綱化處理后分析得出，無量綱波面的峰谷差均值總體隨波陡增大而減小，潛堤反射作用逐漸增強，改變背浪坡坡度對波浪傳播及消波性能影響較小。

　　五、結論

　　基于黏性流理論和有限體積方法建立的數值水槽模型，能準確模擬波浪生成及潛堤地形上傳播變形過程。小波陡工況下波浪傳播波形有周期性和相位差，大入射波幅時波浪傳播呈強非線性。無量綱化波面的峰谷差均值隨波陡增大總體減小，潛堤反射作用逐漸增強。

毛鴻飛;韓 龍;赫巖莉;周忠兵;楊媛婷,廣東海洋大學海洋工程與能源學院;大連理工大學海岸和近海國家重點實驗室;廣東省南海海洋牧場智能裝備重點實驗室,202405