naoe-FOAM-SJTU求解器数值模拟孤立波在海洋结构物上的爬高

摘要

本文采用自己开发的非定常RANS求解器naoe-FOAM-SJTU构建一个数值水池,用于数值模拟孤立波在海洋结构物上的爬高问题.求解器naoe-FOAM-SJTU是基于开源代码OpenFOAM的基本工具箱和数据结构开发而成,它采用气液两相模型,用有限体积法离散求解雷诺平均RANS方程和SSTκ-ω湍流模型,采用PISO格式解耦压力场与速度场,用VOF方法求解自由面问题.本文通过采用该求解器数值模拟孤立波在直立墙上的爬高和孤立波在直立圆柱上的爬高问题,并与相应的实验结果和势流理论分析结果进行比较,无论是波浪爬高值,还是波浪载荷,本文求解器的计算结果都与实验吻合很好,与势流理论结果接近,充分验证了本文所采用的求解器naoe-FOAM-SJTU数值模拟非线性波在海洋结构物上爬高问题的有效性.为了进一步验证该求解器在数值模拟非线性波在海洋结构物上爬高问题的适用范围,本文还对系列不同波高的入射波在不同直径大小圆柱上的爬高问题进行了广泛计算分析,建立了波浪演化和爬高值与入射波波高和圆柱直径大小的关系.此外,该求解器是基于粘性流模型计算,因此它在较好预报波浪演化和爬高值的同时,可以给出绕圆柱流动的泄涡情况,并可以用于极端波浪变形包括波浪翻卷和破碎等强非线性复杂流动现象的数值模拟.