中文摘要：

本项目拟提出一种用于海岸工程建筑物水波动力学分析的无网格数值波浪水槽。研究水波动条件下N-S方程的无网格数值求解方法；探索破碎波掺气流体运动及其与建筑物作用的无网格数值模拟方法；研究无网格数值造波和开边界波能吸收方法；结合物理模型实测资料验证，最终建立一种无网格数值波浪水槽。在工程应用上，结合海岸工程结构中受力较复杂的防波堤水动力学特性分析问题，运用所建数值波浪水槽进行数值模型实验，探讨防波堤堤身波浪力（含破碎波压力）、堤顶越浪量、反射率、透射率等特性的变化规律。通过本项目的研究，1）促进水波动力学中N-S方程无网格数值方法理论研究的发展；2）为海岸工程结构设计中水动力学特性分析、计算提供一种新途径；3）在数值波浪水槽中结合具体防波堤结构型式，探索水波动力学特性变化规律，其结论可为工程设计提供参考。

结论摘要：

首先运用一种移动粒子半隐式法，初步建立了无网格水流数值模型，探讨了该模型在结构物水动力特性研究中的可能性，运用该模型模拟了水柱倒塌后有无透空块体两种情况下右端直墙上的压力过程。计算结果表明透空块体可使直墙压力减小42%。然后，通过引入SPH方法中的样条函数作为核子函数，并进一步修正扩散模型及梯度模型的计算公式，对已有MPS水流数学模型进行了改进。将该模型应用于垂向二维水柱倒塌过程计算，结合直立挡板的冲击压力过程实测结果，探讨了水流黏滞系数和摩阻项对直立挡板压力过程计算结果的影响，发现黏滞系数影响峰型的尖锐度，摩阻项影响压力过程的相位；通过适当选取黏滞系数和摩阻系数，获得了与实测结果一致的压力数值计算结果。在MPS无网格方法中，引进预定候选粒子集概念用以生成邻接粒子集矩阵，使该部分机时耗费缩短为引进前的1/11；采用Bi-CGSTAB方法求解压力泊松方程，显著地提高了求解速度。模拟了孤立波在数值波浪水槽中的传播及其与直墙作用时的爬升、回落过程，结果表明模拟波面结果与解析值及实测结果基本相符，针对不同波高的孤立波计算得到的墙前最大爬升值与实测结果也是一致的。