波流数值水池模拟研究.PDF

第２９卷第１期 江苏科技大学学报（自然科学版） Ｖｏｌ２９ Ｎｏ１ 　 ２０１５年２月 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）　 Ｆｅｂ．２０１５ 　　　　　　 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４８０７．２０１５．０１．００２ 波流数值水池模拟研究 吴梓鑫，朱仁庆，缪志刚，刘　珍，顾思琪 （江苏科技大学 船舶与海洋工程学院，江苏 镇江２１２００３） 摘　要：波流共存时会产生复杂的非线性相互作用，其联合作用比单纯的波浪或单纯的海流问题要复杂很多．基于不可压 缩流体Ｎ－Ｓ方程建立数学模型，ＶＯＦ法追踪自由液面，通过在动量方程中添加源项实现阻尼消波，利用商业软件平台 ＦＬＵＥＮＴ加载ＵＤＦ进行二次开发，模拟了规则波与均匀流以及规则波与剪切流的波流数值水池．分析了均匀流与波浪的相 互作用，得到了波流同向、波形变长、波幅降低、波流相向则影响相异等结论．探讨了剪切流对波浪的影响，并对计算结果进 行了函数拟合． 关键词：波流联合；数值水池；均匀流；剪切流 中图分类号：ＴＶ１３９．２　　　　　文献标志码：Ａ　　　　　文章编号：１６７３－４８０７（２０１５）０１－００１０－０６ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗａｖｅｃｕｒｒｅｎｔｔａｎｋｓ ＷｕＺｉｘｉｎ，ＺｈｕＲｅｎｑｉｎｇ，ＭｉａｏＺｈｉｇａｎｇ，ＬｉｕＺｈｅｎ，ＧｕＳｉｑｉ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＮａｖａｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆ＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＺｈｅｎｊｉａｎｇＪｉａｎｇｓｕ２１２００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｅｘｉｓｔｅｎｃｅｏｆｗａｖｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｇｅｎｅｒａｔｅｓａｃｏｍｐｌｅｘｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｓｍｕｃｈｍｏｒｅｃｏｍ ｐｌｅｘｔｈａｎｐｕｒｅｗａｖｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｒｐｕｒｅｃｕｒｒｅｎｔｐｒｏｂｌｅｍｓ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｂｌｅｆｌｕｉｄＮＳｅｑｕａｔｉｏｎ，ａｍａｔｈ ｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｗａｓｂｕｉｌｔ，ａｄｏｐｔＶＯＦｍｅｔｈｏｄｔｏｔｒａｃｋｔｈｅｆｒｅｅｓｕｒｆａｃｅ，ａｄｄｓｏｕｒｃｅｔｅｒｍｓｉｎｔｈｅｍｏｍｅｎｔｕｍｅｑｕａ ｔｉｏｎｔｏｍａｋｅｗａｖｅｄａｍｐ，ａｎｄｕｓｅｓｏｆｔｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍＦＬＵＥＮＴａｎｄＵＤＦｐｒｏｇｒａｍｓｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｗａｖｅｕｎｉｆｏｒｍ ｃｕｒｒｅｎｔａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｗａｖｅｓｈｅａｒｆｌｏｗｎｕｍｅｒｉｃｔａｎｋｓ．Ｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｆｕｎｉｆｏｒｍｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｗａｖｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄ； ｗｈｅｎｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｔｈｅｗａｖｅｉｓｉｎｔｈｅｓａｍｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｗａｖｅｆｏｒｍｂｅｃｏｍｅｓｌｏｎｇｅｒ，ｔｈｅｗａｖｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｌｏｗ ｅｒ，ａｎｄｉｔｓｉｍｐａｃｔｓｗｉｌｌｂｅｏｐｐｏｓｉｔｅｉｎａｃｏｎｔｒａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｔｈｅｐａｐｅｒｅｘｐｌｏｒｅｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｈｅａｒｆｌｏｗ ｏｎｔｈｅｗａｖｅ，ａｎｄｇｉｖｅｓｔｈｅｆｉｔｔｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｓｔｏｔｈｅｒｅｓｕｌｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｂｉｎｅｄｗａｖｅｃｕｒｒｅｎｔ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｔａｎｋ；ｕｎｉｆｏｒｍｃｕｒｒｅｎｔ；ｓｈｅａｒｆｌｏｗ 　　在复杂的海洋环境中，波浪与水流通常是共同 贡献．但是，波流相互作用是极其复杂的非线性问 存在的．潮流、洋流、河口处径流以及与波浪破碎有 题，其流动机理和作用特性仍需深入研究．随着计 关的沿岸流、裂流及其所形成的近岸环流等水流会 算机技术的成熟，数值水池已具备了信息量丰富、 与波浪产生相互作用，使波幅、波高、周期等波浪要 计算结果精确的特点，加上其成本低、改变条件方 素发生变化，并使波浪发生折射甚至破碎．因此，研 便、重复性好