ANSYS FLUENT之明渠流模型

定義

明渠流是一種具有自由表面，直接依靠重力作用而產(chǎn)生的流動(dòng)（又稱無壓流）。

特點(diǎn)

• 具有自由液面，重力對流動(dòng)起主導(dǎo)作用；

• 底坡的變化對斷面的流速、水深有直接影響；

• 水深在流程中會(huì)發(fā)生變化，不可能產(chǎn)生非恒定的均勻流。

分類

• 自然：河流，河口，海洋

• 人工：用于灌溉溝渠

波浪類型

• 深水波：深水波是指水深大于半個(gè)波長處的波浪。其水面附近的水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)比較顯著，水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)近似為一圓形，而波動(dòng)隨深度的增加而逐漸微弱甚至靜止。其傳播速度只取決于波長，而與水的深度無關(guān)。

• 淺水波：淺水波是指水深h相對波長λ很小時(shí)（一般取h<1/20λ)的波動(dòng)，又稱長波。傳播速度與波長無關(guān)，僅決定于水深。
  

幾種波浪模型

• 一階Airy線性波

• 高階Stokes非線性波

• 非線性橢圓余弦波/孤立波

FLUENT明渠流模型

波浪模型引入

Fluent中波浪模型，通過在VOF模型中激活

波浪模型包括：

• 一階Airy波
  

• 高階Stokes波

• 高階橢圓余弦波/孤立波

• 波浪譜（不規(guī)則波）

• Pierson-Moskowitz譜

• Jonswap譜

• TMA譜

通過入口速度邊界條件面板可選擇不同的波浪模型。

數(shù)值消波

波浪模型最常見的問題之一是對下游邊界的數(shù)值模擬。通過設(shè)置

Numerical beach（數(shù)值海灘）通過在動(dòng)量方程中增加阻尼項(xiàng)，可以有效降低從壓力出口邊界產(chǎn)生的數(shù)值反射。

在Cell Zone Conditions面板中可激活Numerical beach模型。

應(yīng)用實(shí)例

• 海上浮體運(yùn)動(dòng)
  

• 潛艇波浪沖擊

• 溢油擴(kuò)散分析

• 鉆井平臺(tái)波浪載荷分析