不规则波浪的数值模拟_梁修锋.doc

不规则波浪的数值模拟_梁修锋 第14卷第5期 2010年5月 文章编号：1007-7294（2010）05-0481-06船舶力学JournalofShipMechanicsVol.14No.5May2010 不规则波浪的数值模拟 梁修锋，杨建民，李欣，李俊 （上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海200030） 摘要：优良的波浪环境条件是研究非线性波浪和浮式结构物相互作用问题的基础。文章在数值波浪水池中对不规则波浪进行了数值模拟，造波通过摇板的运动实现，消波通过在水池后段设置消波区实现，自由液面由VOF方法捕捉。对计算所得的波浪时历进行谱分析并将所得谱与理论谱进行了比较，吻合良好。 关键词：数值波浪水池；动网格；VOF方法；JONSWAP谱 中图分类号：U661.7文献标识码：A Numericalsimulationofirregularwave LIANGXiu-feng,YANGJian-min,LIxin,LIjun (StateKeyLaboratoryofOceanEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200030,China) Abstract：Qualityofwaveenvironmentisthebasisforstudyingthenonlinearinteractionsbetweenwaterwavesandfloatingstructures.Inthispaper,anumericalwavetankwasusedtosimulatetheirregularwave.Flaptypewave-makerwasadoptedforgeneratingwavesandwavereflectionwashandledproperlythroughsettingupwaveabsorptionzone.VOFmethodwasemployedfortrackingthefreesurface.Spectrumanaly-siswasperformedontimetraceofwavesandthecalculatedspectrumagreedwellwiththetheoreticalspectrum. Keywords:numericalwavetank;dynamicmesh;VOFmethod;JONSWAPspectrum 1引言 随着计算机技术的发展，建立数值水池应用于数值模拟的条件越来越成熟。与物模实验相比数值水池具有经济性高、无触点测量流场、比尺效应小、消除物模中由传感器尺寸及模型变形等因素对流场的影响、可获得较详细的流场信息等优点。但是目前数值水池的端部反射问题，尤其是造波板的二次反射限制了数值水池的应用。通常的处理方法是在二次反射到达结构物之前停止实验，或模型宽度设计得比水池的宽度小很多，对数值模拟意味着需要大量增加计算区域，这受到计算机内存及计算机速度的限制。王永学[1]基于线性造波机理论在水池的一端设置了可吸收式造波边界条件，造波板的运动除了产生行进波外，同时还产生一个抵消反射波的局部波动。Brorsen和Larsen[2]提出了适合于边界积分方程方法（BIEM）的源造波方法（sourcegeneration），即在计算域内设置一造波源，在源项两边同时产生方向相反的两列波，源项处可透过波浪遇建筑物形成的反射波。 收稿日期：2009-12-24 基金项目：深水油气开发工程试验技术（2006AA09A107）；自然科学基金 作者简介：梁修锋（1981-），男，博士研究生，E-mail:liangxiufeng@sjtu.edu.cn； 杨建民（联系人），男，教授，博士生导师，E-mail:jmyang@sjtu.edu.cn。 482船舶力学第14卷第5期 为了消除边界处的反射，Larsen和Dancy[3]提出了用海绵层方法吸收传递到边界处的波能，通过海绵层消除波能的大部分，同时在出流边界处利用Sommerfled条件，使未能衰减的部分波浪透过边界传到域外。孙大鹏和李玉成[4]利用上述思想采用时域内对波面运动位置追踪的边界元方法，建立了一种非线性波浪变形计算的三维数值模式，开发了一个三维非线性波的数值造波水池，进而对水池内的 Stokes波进行了波浪变形计算。高学平等[5]利用MAC（markerandcell）法直接数值求解连续方程和N-S方程，为模拟不规则波和长时段内连续造波及消除波浪遇结构物形成的反射，采用了源造波方法