[發明專利]基于Fluent UDF的一種數值波浪水槽造波方法

在審

• 申請號: 202010018067.3
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111241756A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 王科;張犀;賀大川;辛穎
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于波浪數值水槽技術領域，提供了一種基于Fluent UDF的一種數值波浪水槽造波方法。本方法采用邊界元方法建立的推板式造波機模型的基本思路，建立了一個新的造波函數及波浪消波算法，在基于Navier?stokes方程的FLUENT軟件二次開發中，造波板邊界采用FLUENT的動網格技術，只建立速度邊界條件，壓力和速度項不耦合，這樣穩定性更高。同樣道理，在造波板和波浪數值水槽遠端添加波浪阻尼層，只吸收速度項。研究中應用VOF法來追蹤波浪的自由表面運動。應用該波浪數值水槽造波方法可以研究復雜的非線性波浪與結構物相互作用問題。

技術領域

本發明屬于波浪數值水槽技術領域，利用Fluent UDF的方法對形成一種波浪數值水槽的造波方法。

背景技術

波浪數值水槽的數值造波技術，是利用計算機技術來模擬物理造波的一種重要手段。通過數值造波技術的研究，人們可以在計算機上模擬重力作用下具有自由表面的波浪運動，使其逼近于物理造波機所形成的波浪。近幾十年中，波浪數值水槽研究取得了諸多成果，Ursell et al提出了應用推板式造波機方法進行數值造波，這個理論基于典型流體力學的基本假設，如流體無粘性、均勻密度、從靜止開始流動、非線性項忽略等，但是在當時并沒有解決消除波浪反射的影響。A.T.CHWANGW.LI提出了在定常深度的半無限長水槽的末端附近，應用線性多孔滲透造波理論，分析活塞式多孔滲透造波產生的小振幅表面波。根據自由表面波形、流體壓力分布及波板處凈力獲得閉型解析解。

PeterJulien應用VOF法追蹤數值波浪水槽的自由表面運動，實現了在數值水槽中應用推板式造波技術的同時還通過吸收波浪來消除邊界的反射，這種吸收波浪的方法可以有效的縮短數值水槽的尺寸，計算效率也有了明顯的提高。王永學利用VOF模型分析孤立波遇到直墻時的建筑物出現波浪破碎的過程，通過數值模擬獲得了孤立波在直墻上的沖擊力，同時模擬出了在直墻前的波浪變形、破碎的一系列過程。Tanizawa,Wang Ke et al應用邊界元方法建立時域數值波浪水槽，通過引入推板式造波機實現波浪造波，通過在造波板和水槽遠端施加阻尼層的方法實現波浪消波，自由表面采用混合歐拉-拉格朗日模型，應用龍格庫塔方法實現液面更新。董志和詹杰民利用計算流體力學軟件FLUENT和它的UDF功能進行數值波浪水槽的造波和消波，詳細介紹了基于推板和搖板的動邊界造波、動量源造波以及多孔介質結構消波等數值方法來模擬弱非線性波。朱仁傳等，李凌等基于N-S方程和有限體積法，人工的將入射波的波場作為源加入動量方程，給出了適合VOF的源造波法及消波技術，該方法對波浪遇結構物產生的反射波有較強的消除作用。

發明內容

由于基于Navier-stokes方程的計算流體力學軟件FLUENT，功能強大，計算穩定性高，本研究的基本思路是以FLUENT算法為核心，通過其UDF模塊將基于時域邊界元理論的數值波浪水槽的推板造波和消波技術引入到FLUENT中來開發出更高效的數值波浪水槽系統，可以考慮粘性和湍流影響，極大地擴大了FLUENT的應用范圍。與上述源造波法在造波板邊界處同時修改Navier-stokes方程中的速度項和壓力項不同。本研究采用邊界元方法建立的推板式造波機模型的基本思路，建立了一個新的造波函數及波浪消波算法，在基于Navier-stokes方程的FLUENT軟件二次開發中，造波板邊界采用FLUENT的動網格技術，只建立速度邊界條件，壓力和速度項不耦合，這樣穩定性更高。同樣道理，在造波板和波浪數值水槽遠端添加波浪阻尼層，只吸收速度項。研究中應用VOF法來追蹤波浪的自由表面運動。

本發明的技術方案：

基于Fluent UDF的一種數值波浪水槽造波方法，步驟如下：

(1)計算模型