波流数值水池模拟研究 (2015年)

波流共存时会产生复杂的非线性相互作用,其联合作用比单纯的波浪或单纯的海流问题要复杂很多.基于不可压缩流体N-S方程建立数学模型,VOF 法追踪自由液面,通过在动量方程中添加源项实现阻尼消波,利用商业软件平台FLUENT加载UDF进行二次开发,模拟了规则波与均匀流以及规则波与剪切流的波流数值水池.分析了均匀流与波浪的相互作用,得到了波流同向、波形变长、波幅降低、波流相向则影响相异等结论.探讨了剪切流对波浪的影响,并对计算结果进行了函数拟合. 《波流数值水池模拟研究 (2015年)》这篇文章主要探讨了波流共存时的非线性相互作用及其数值模拟方法。在海洋工程领域，波浪与海流的相互作用是一个重要的研究课题，因为它们共同作用对船舶航行、海洋结构物设计以及海洋环境预测具有深远影响。 文章首先指出，波流共存的情况比单独考虑波浪或海流更加复杂，因为两者间的相互作用会产生一系列非线性效应。为了研究这一现象，作者基于不可压缩流体的Navier-Stokes (N-S)方程构建了一个数学模型。Navier-Stokes方程是流体力学的基本方程，用于描述流体的运动和能量传递。不可压缩流体假设流体密度基本不变，简化了计算过程。 在模拟过程中，采用Volume of Fluid (VOF)方法来追踪自由液面，这是一种常用的处理自由表面问题的技术，可以精确地捕捉流体界面的变化。此外，为了模拟波浪的衰减，作者在动量方程中添加了源项，实现了阻尼消波的效果。这种技术有助于模拟实际环境中由于摩擦和底部阻力等因素导致的波浪衰减。 作者利用商业软件FLUENT进行数值模拟，并通过用户定义的函数(UDF)进行二次开发，以适应特定的波流问题。FLUENT是一款广泛应用于流体动力学领域的软件，能够高效求解复杂的流体流动问题。UDF则允许用户自定义物理模型，扩展软件功能。 研究中，作者模拟了规则波与均匀流以及规则波与剪切流的相互作用。对于均匀流与波浪的相互作用，他们观察到当波流同向时，波形会变长，波幅降低，这是因为流体速度的增加会改变波浪的传播特性。相反，当波流相向时，两者的影响会有所不同，这体现了非线性相互作用的复杂性。 另外，文章还讨论了剪切流对波浪的影响。剪切流是指流速在垂直方向上发生变化的流动，它会对波浪的传播路径和形态产生显著影响。通过对计算结果进行函数拟合，作者能够更深入地理解剪切流如何改变波浪的动力学行为，这对于理解和预测海洋环境中的复杂现象至关重要。 这篇论文通过建立数学模型和数值模拟，揭示了波流相互作用的规律，为海洋工程和环境科学提供了理论支持。其研究成果对于优化船舶设计、提高海洋结构物的抗浪性能以及预报海洋环境等方面都具有实际应用价值。