基于非静压模型的波浪破碎模拟
本文选题:浅水方程 + 非静压模型 ; 参考:《水科学进展》2017年03期
【摘要】:波浪破碎是海岸工程所关注的关键水动力学问题之一,而波浪破碎的数值模拟技术的研究方兴未艾。高效的浅水方程基于静压假定,而通过引入动压项建立的完全非静压模型,可成功应用于色散水波的模拟。自由表面的捕捉采用的垂向坐标变换技术,较之VOF(Volume of Fluid)模型,计算效率较高。但垂向坐标变换不能模拟大曲率自由表面变形,即波浪破碎过程。对于破碎波的模拟,一种高效的模式分裂法应用至非静压模型,即在波浪破碎局部水域将模型分裂为静压模型和非静压模型,破碎波波峰附近退化至静压模型,并持续至波浪破碎结束再恢复为动压模型。通过典型算例,验证了模式分裂法的适用性及对于波浪破碎过程的模拟精度,鉴于模式分裂法对于波浪破碎过程的模拟未引入新的概化模型,计算效率较高,可应用于大尺度的海岸带波浪的变形、破碎及越浪的数值模拟。
[Abstract]:Wave breakage is one of the key hydrodynamic problems in coastal engineering, and the numerical simulation of wave breakage is in the ascendant. The highly efficient shallow water equation is based on the static pressure assumption, and the completely non-static pressure model established by introducing the dynamic pressure term can be successfully applied to the simulation of dispersive water waves. The vertical coordinate transformation technique used to capture the free surface is more efficient than the VOF(Volume of fluid model. But the vertical coordinate transformation can not simulate the deformation of large curvature free surface, that is, wave breaking process. For the simulation of broken wave, an efficient mode splitting method is applied to the non-static pressure model, that is, the model is split into static pressure model and non-static pressure model in the local waters of wave breaking, and the breaking wave peak is degraded to the static pressure model. And continue until the end of wave breaking and then restore to the dynamic pressure model. Through a typical example, the applicability of the mode splitting method and the simulation accuracy of the wave breaking process are verified. In view of the fact that the model splitting method does not introduce a new generalizable model for the simulation of the wave breaking process, the calculation efficiency is high. It can be applied to the numerical simulation of wave deformation, breakage and surpassing in large scale coastal zone.
【作者单位】: 上海交通大学水动力学教育部重点实验室;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院工程力学系;
【基金】:国家自然科学基金资助项目(11572196) 国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2014CB046200)~~
【分类号】:P731.2;P75
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本文编号:1874783
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