工程背景：河口海岸附近区域往往具有丰富的自然资源、密集的人口分布和相对发达的经济。在此区域内，港口的建设、航道的开发和海岸的防护对于沿海地区的发展起着非常重要的作用。因此，对自然条件尤其是海况的准确分析成为了港口、海岸和近海水工建筑物合理设计与规划的重要前提。波浪由外海向近海传播的过程中,由于受到地形的影响、建筑物的作用,将会发生一系列如浅水变形、折射、绕射、反射、破碎等现象,造成了近岸波浪场的复杂多变。

研究意义：潜堤是一种常用的护岸建筑物，泛指淹没在水中的防护堤。它既可以阻挡部分波浪袭击海岸，又可让一部分泥沙随波浪越过堤顶进入堤后淤积，既保滩又促淤。且潜堤整体没于水下，不影响海岸线整体外貌，修建成本又相对较低，故而近年来，潜堤得到了越来越广泛的应用。因此，开展波浪在潜堤地形上传播的研究，分析预测潜堤对于波浪要素的影响具有重要的实用价值。

研究现状：对于这一问题的研究主要有理论分析、物理模型试验和数值模拟三种方法。本论文将采用数值模拟的方法研究波浪在不同形式的潜堤上的传播变形，使用计算流体力学软件加深对潜提功能的理解为工程实践提供一定借鉴。

目前，国内外用于波浪数值模拟的理论模型很多，主要包括Navier-Stokes方程、缓坡方程、Boussinesq 类水波方程等。由于数值模拟具有成本低、重复性强等优势，国内外学者开展了大量波浪的数值模拟领域的研究。1993年Beji和Battjes基于已做的规则波通过梯形潜堤的波形演变的详细试验，建立相应模型模拟了规则波在梯形潜堤上的传播过程。2003年Losada等人采用了湍流模型与VOF自由液面追踪法结合的封闭RANS模型，模拟了复合斜坡堤上可渗透梯形潜堤上的波形演变以及附近的流畅情况。2005年Rambabu、Mani通过数值分析，预测了波浪在两种可渗透梯形潜堤上的水力特征。2006年Chen等人使用边界元法数值模拟研究了矩形潜堤上的波浪变形以及波浪与结构物的相互作用。

国内方面，2001年滕爱国、沈永明基于完整N-S方程，以改进的湍流模型修VOF法，较精确地模拟椭圆余弦波通过潜堤的波形演变过程。2004年清华大学李本霞、余锡平通过势流理论建立一个能够有效模拟非线性波浪在潜堤上传播的数学模型，研究了潜堤坡前高次谐波及堤后分裂波。郑永红等人通过预报校正格式对一种改进的Boussinesq方程进行数值离散，模拟了波浪在潜堤上的波浪变形。2005年周援衡等人基于N-S方程，采用湍流模型以及VOF自由液面跟踪法，模拟了椭圆余弦波在可渗透潜堤上的传播，研究了潜堤前后的波形变化。2006年刘诚等人基于原有的PLIC-VOF模型，建立了更精细的PLIC-VOF模型，研究潜堤附近的波浪场。2008年陈杰通过物理模型试验优化了Boussinesq方程中的波浪分层模型，提高了模拟的精度与适用性，研究了不规则波在不同堤顶宽下的波形变化。2012年大连理工大学吴迪利用Boussinesq方程，模拟波浪在可渗透潜堤和不可渗透潜堤上的传播，总结出渗透潜堤相比于不渗透潜堤的一些优势。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容：本论文以波浪在潜堤地形上传播变形为研究对象，通过采用数值模拟的研究方法，基于目前计算流体力学研究领域内较为出色的开源程序平台OpenFOAM，建立了一个数值波浪水槽模型，研究了规则波、自由长波在潜堤地形上的传播变形现象。OpenFOAM是一个采用C 语言按照面向对象方式编写的开源流体力学计算工具箱，它包含大量的可以自由组合的C 模块和类如张量、矢量容器、紊流模型、网格剖分模块、有限体积法离散模块、误差控制与分析模块、计算自动控制模块等等。利用这些模块，可以很方便的编制出可以用于模拟包含化学反应、流体紊动和热传导在内的复杂流体运动的求解器。

研究目标：加深了对潜提功能的理解，并需要掌握使用计算流体力学软件解决工程问题的能力。

技术方案及措施：

（1）通过文献调查，了解目前潜堤的主要形式和研究进展。

（2）建立数值波浪水槽，熟悉波浪的数值生成技术和消波技术。