基于開源軟件OpenFOAM的數(shù)值波浪水槽建立及應(yīng)用.pdf

1、波浪現(xiàn)象是港口海岸工程研究的重要問題之一，理論分析、原型觀測、物理模型實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬是研究波浪問題的主要方法。其中，數(shù)值模擬方法由于節(jié)省人力物力，不受實(shí)驗(yàn)場地和觀測儀器影響，同時(shí)實(shí)驗(yàn)條件和參數(shù)容易進(jìn)行控制和改變，能模擬多種因素在復(fù)雜條件下的物理過程，而得到廣泛應(yīng)用?；诖?，本文建立了一個(gè)三維數(shù)值波浪水槽，對(duì)波浪的傳播變形及其與建筑物的相互作用進(jìn)行研究。 在開源軟件包OpenFOAM的基礎(chǔ)上，本文建立了一個(gè)基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格利用有

2、限體積法求解N-S方程的三維數(shù)值波浪水槽模型。模型采用VOF法追蹤自由表面，并有多種紊流模擬方式可供選擇，具有較高的精度，能很好地模擬波浪的傳播變形。此外，程序按MPI標(biāo)準(zhǔn)編寫，可以應(yīng)用并行計(jì)算提高計(jì)算效率。 采用本文建立的模型，選用RNGκ-ε模型針對(duì)高樁墩式結(jié)構(gòu)影響下的波浪特性進(jìn)行了二維數(shù)值模擬，計(jì)算分析了不同淹沒深度、不同寬度的墩臺(tái)影響下的波浪傳播特性，以及墩臺(tái)側(cè)面和底面受波壓力的變化情況，探索了不同尺度墩臺(tái)結(jié)構(gòu)與波浪相

3、互作用的規(guī)律。通過對(duì)原型尺度算例的模擬，分析了波浪作用下高樁墩式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要影響因素。 通過采用LES，本文對(duì)潛堤附近波浪場及其流動(dòng)特性進(jìn)行了三維模擬，并與PIV實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。計(jì)算分析了潛堤結(jié)構(gòu)附近渦的尺度、生成機(jī)理和運(yùn)動(dòng)變化特征，并得出了潛堤附近波浪運(yùn)動(dòng)的三維特性及紊動(dòng)特征。 針對(duì)數(shù)值波浪水槽的波高衰減問題，本文提出了相應(yīng)的解決方案，同時(shí)，針對(duì)并行環(huán)境下的數(shù)值計(jì)算，本文通過對(duì)計(jì)算日志的分析探討了計(jì)算網(wǎng)格劃