淺水波
關(guān)注創(chuàng)建者：MinnieYX 創(chuàng)建時間：2019-07-11
淺水波的實例教程
淺水波：淺水波是指水深h相對波長λ很小時（一般取h<1/20λ)的波動，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）通過在動量方程中增加阻尼項，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)用實例
海上浮體運動
潛艇波浪沖擊
溢油擴散分析
鉆井平臺波浪載荷分析
展開 最后海浪在不能維持其波形的物理條件下產(chǎn)生碎波。
3，建模方法
海浪作為一類復(fù)雜的自然現(xiàn)象,波動規(guī)律十分復(fù)雜,在時間和空間上具有不規(guī)則性。目前主要有如下幾類方法:基于流體力學的建模方法、基于海浪譜的建模方法、基于幾何造型的建模方法、基于動力模型的建模方法、基于分形的建模方法。
3.1 流體力學建模
此建模方法通過求解N-S方程組得到流體質(zhì)點在各個時刻的狀態(tài)來生成海浪,而不是直接模擬海浪的運動,這類方法可以稱之為基于物理的方法。Kass等人通過簡化二維淺水波方程組來模擬不同深度的波浪,將水表面看成高度場,將水體分成一個個水柱,假定水柱本身沒有垂直的速度,只有水平的速度且速度恒定,設(shè)置初始條件時只要設(shè)置一部分水柱的高度與周圍水柱的高度不一樣,通過N-S方程會自動產(chǎn)生波浪,真實的表現(xiàn)了流體的運動效果,此類方法常用于模擬淺水波而不能模擬碎浪。陳前華采用數(shù)值迭代方法求解二維的N-S方程。徐迎慶等通過求解水力學方程組直接得到流水的形態(tài),提出了一個基于物理模型的模擬流水和波浪的計算機動畫方法,通過調(diào)整方程的初始條件,可以比較真實地模擬水流及波浪的不同形態(tài)。Foster等則直接利用數(shù)值方法求解三維流場從而更加真實全面地模擬了流體運動。Geof-freyIrving[11]則沒有用傳統(tǒng)的高度場的方法,而采用三維N-S方程自由表面解來模擬整個水體頂層表面。Mihalef[12]也從N-S方程出發(fā)提出了一類切片法,先構(gòu)建一個二維垂直碎浪切片庫,之后而從這個波浪庫中選出垂直方向的二維切片來構(gòu)建破碎波浪的三維波形。
這類方法的效果比較真實,適用范圍較為廣泛。但是該方法的求解過程非常復(fù)雜,計算量往往很大,效率較低,在普通計算機上生成一幅圖像需要很長的時間,不適用于實時的海浪生成。
展開 肖元
§3.7.6 基本區(qū)段的精細積分算法
§3.7.7 不對稱黎卡提方程的精細積分
參考文獻
第四章 基于本征解的分析解與波
§4.1 基于本征解的黎卡提方程分析解
§4.1.1 用于對稱黎卡提方程的分析解
§4.1.2 哈密頓矩陣本征解的算法
§4.1.3 轉(zhuǎn)換到實值計算
§4.1.4 純虛本征值的轉(zhuǎn)換
§4.2 子結(jié)構(gòu)拼裝的逐步積分算法
§4.3 離散坐標的求解
§4.3.1 半無窮長區(qū)段的分析
§4.3.2 有限長區(qū)段的分析
§4.3.3 完全周期葉輪的本征值分析
§4.3.4 有異常葉片的葉輪本征值分析
§4.3.5 動力子結(jié)構(gòu)分析
§4.4 功率流
§4.4.1 代數(shù)黎卡提方程
§4.4.2 傳輸波
§4.4.3 功率正交性
§4.5 波的散射
§4.6 波激共振
參考文獻
第五章 近似求解方法
§5.1 位移法攝動與傳遞辛矩陣加法攝動的比較
§5.2 wKBJ近似保辛嗎?
§5.3 一般哈密頓體系近似解的保辛討論
§5.4 保辛的短波近似
§5.4.1 保辛的坐標變換
§5.4.2 哈密頓體系的近似積分
§5.5 保辛近似的算例
§5.6 不同保辛攝動的比較
§5.6.1 能量代數(shù)
§5.6.2 線性體系狀態(tài)空間的保辛攝動
§5.6.3 辛矩陣法及剛度陣法的保辛攝動
§5.6.4 串聯(lián)式結(jié)構(gòu)混合能法分析的總體表示
§5.6.5 混合能法的小參數(shù)攝動
§5.6.6 混合能矩陣與剛度陣小參數(shù)攝動的數(shù)值比較
§5.7 邊界層的乘法攝動及二階線性方程
§5.8 橢圓函數(shù)的精細積分
§5.9 淺水孤立波
§5.9.1 淺水波在拉格朗日坐標下的變分原理
§5.9.2 淺水孤立波
參考文獻
索引
結(jié)束語
展開 本文中使用的海嘯模型是基于造波水池數(shù)據(jù)的提出，用于研究1993年日本奧尻島海嘯期間在藻內(nèi)地區(qū)附近觀察到的極端海嘯波爬高現(xiàn)象。
海嘯波爬高模擬是求解非線性淺水方程組的一個具體應(yīng)用，該方程組由Navier-Stokes方程組在淺水條件下推導(dǎo)而出，描述具有自由表面的淺水體中水流運動規(guī)律的偏微分方程組，1871年由法國科學家Adhémar Jean Claude Barré de Saint-Venant提出，故又名圣維南方程組，該方程在氣動、水力以及其他工程領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，可以很好地模擬出淺水波的各種特性。
我們的中國船舶科學研究中心（China Ship Scientific Research Center，又稱中國船舶重工集團公司第七〇二研究所），基于長期的研究積累，在國際上首先創(chuàng)立并發(fā)展完善了對數(shù)值水池的系統(tǒng)論證，較全面地闡述了數(shù)值水池的定義，并已開展了相關(guān)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。
既然說到了淺水波，就避不開談?wù)摯肮こ踢@個領(lǐng)域。在船舶工程中，有一個很重要的研究成果—數(shù)值水池，即基于數(shù)值仿真技術(shù)的虛擬造波水池。該成果是在模型驅(qū)動、知識驅(qū)動的船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計優(yōu)化流程中，基于CFD應(yīng)用技術(shù)及專家知識，依托高性能計算平臺，為船舶與海洋工程水動力學性能設(shè)計、預(yù)報、評估和優(yōu)化提供高效能、高精度、高置信度的沉浸式、情景化虛擬試驗服務(wù)的應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)。
言歸正傳，我們來看看法國的開源軟件Gerris創(chuàng)始人-- Stéphane Popinet是如何模擬復(fù)雜形狀海灘的海嘯問題的。
展開 本文中使用的海嘯模型是基于造波水池數(shù)據(jù)的提出，用于研究1993年日本奧尻島海嘯期間在藻內(nèi)地區(qū)附近觀察到的極端海嘯波爬高現(xiàn)象。
海嘯波爬高模擬是求解非線性淺水方程組的一個具體應(yīng)用，該方程組由Navier-Stokes方程組在淺水條件下推導(dǎo)而出，描述具有自由表面的淺水體中水流運動規(guī)律的偏微分方程組，1871年由法國科學家Adhémar Jean Claude Barré de Saint-Venant提出，故又名圣維南方程組，該方程在氣動、水力以及其他工程領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，可以很好地模擬出淺水波的各種特性。
我們的中國船舶科學研究中心（China Ship Scientific Research Center，又稱中國船舶重工集團公司第七〇二研究所），基于長期的研究積累，在國際上首先創(chuàng)立并發(fā)展完善了對數(shù)值水池的系統(tǒng)論證，較全面地闡述了數(shù)值水池的定義，并已開展了相關(guān)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。
既然說到了淺水波，就避不開談?wù)摯肮こ踢@個領(lǐng)域。在船舶工程中，有一個很重要的研究成果—數(shù)值水池，即基于數(shù)值仿真技術(shù)的虛擬造波水池。該成果是在模型驅(qū)動、知識驅(qū)動的船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計優(yōu)化流程中，基于CFD應(yīng)用技術(shù)及專家知識，依托高性能計算平臺，為船舶與海洋工程水動力學性能設(shè)計、預(yù)報、評估和優(yōu)化提供高效能、高精度、高置信度的沉浸式、情景化虛擬試驗服務(wù)的應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)。
言歸正傳，我們來看看法國的開源軟件Gerris創(chuàng)始人-- Stéphane Popinet是如何模擬復(fù)雜形狀海灘的海嘯問題的。
展開 
淺水波的最新內(nèi)容
VOF模型：直接追蹤相界面，用于模擬自由表面流/分層流的流動，如：容器內(nèi)液面震蕩、波浪的沖擊、堰流、噴注破碎等；
FLUENT中引入的造波模型，可定義淺水波到較深的水波，包括一階波到五階波等非線性波，用戶可輸入不同的波形；
歐拉模型：對每一相求解動量方程和連續(xù)性方程，并通過相間作用力來實現(xiàn)相間耦合，能夠求解相間的曳力、升力、虛擬質(zhì)量力、湍流耗散力、相間傳熱、傳質(zhì)和化學反應(yīng)等，能夠有效的模擬多相分離與相間混合
既然說到了淺水波，就避不開談?wù)摯肮こ踢@個領(lǐng)域。在船舶工程中，有一個很重要的研究成果—數(shù)值水池，即基于數(shù)值仿真技術(shù)的虛擬造波水池。該成果是在模型驅(qū)動、知識驅(qū)動的船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計優(yōu)化流程中，基于CFD應(yīng)用技術(shù)及專家知識，依托高性能計算平臺，為船舶與海洋工程水動力學性能設(shè)計、預(yù)報、評估和優(yōu)化提供高效能、高精度、高置信度的沉浸式、情景化虛擬試驗服務(wù)的應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)。
既然說到了淺水波，就避不開談?wù)摯肮こ踢@個領(lǐng)域。在船舶工程中，有一個很重要的研究成果—數(shù)值水池，即基于數(shù)值仿真技術(shù)的虛擬造波水池。該成果是在模型驅(qū)動、知識驅(qū)動的船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計優(yōu)化流程中，基于CFD應(yīng)用技術(shù)及專家知識，依托高性能計算平臺，為船舶與海洋工程水動力學性能設(shè)計、預(yù)報、評估和優(yōu)化提供高效能、高精度、高置信度的沉浸式、情景化虛擬試驗服務(wù)的應(yīng)用技術(shù)系統(tǒng)。
軟件主要特點如下：
- 求解時間依賴的不可壓縮變密度Euler，Stokes或Navier-Stokes方程
- 求解線性和非線性淺水波方程- 基于流場特征的網(wǎng)格自適應(yīng)加密
- 復(fù)雜模型的網(wǎng)格自動化生成
- 空間和時間二階精度
- 不限數(shù)量的對流、擴散粒子追蹤- 可靈活加入源項
- MPI并行支持，動態(tài)負載平衡，并行可視化
能量增長與反常能量譜轉(zhuǎn)移效應(yīng)，偽湍流現(xiàn)象），流體力學模型方程的幾種差分格式（過程的穩(wěn)定性和定解條件的恰當性（小擾動方程的由來），對流方程的幾種差分格式，擴散方程和對流擴散方程的差分格式，KdV方程的差分格式，雙曲型方程組特征型和守恒型的差分格式），非線性方程的差分格式（無粘性方程的差分格式，粘性方程的差分格式，隱式格式，線性化方法，精解差分格式），求解多維初值問題的分步方法和交替方向的隱式格式，計算氣體與淺水波運動物理解的差分格式
1965年N.J.扎布斯基和K.D.克魯斯卡爾利用計算機對淺水波的KdV方程進行數(shù)值積分，發(fā)現(xiàn)在直線上行進的孤立波碰撞前后的形狀相同，具有粒子的性質(zhì)。這一發(fā)現(xiàn)和后繼的研究使非線性波理論煥然一新，應(yīng)用范圍遍及大氣、洋流、晶格力學，以至非線性光學和粒子物理學等。
圖9 邊界條件設(shè)置
速度入口要選用Open Channel Wave BC，在多相設(shè)置中設(shè)置波浪邊界條件為中淺水波，自由液面離底部的高度為0.4，水底為y=0m處，波浪理論選用二階Stokes波浪理論，波高為0.125m，波長為1m，波浪的相位差和波頭角均為0。壓力速度耦合方法采用SIMPLE算法，壓力項為PRESTO格式，對流項采用二階迎風格式，。
Kass等人通過簡化二維淺水波方程組來模擬不同深度的波浪,將水表面看成高度場,將水體分成一個個水柱,假定水柱本身沒有垂直的速度,只有水平的速度且速度恒定,設(shè)置初始條件時只要設(shè)置一部分水柱的高度與周圍水柱的高度不一樣,通過N-S方程會自動產(chǎn)生波浪,真實的表現(xiàn)了流體的運動效果,此類方法常用于模擬淺水波而不能模擬碎浪。陳前華采用數(shù)值迭代方法求解二維的N-S方程。
淺水波：淺水波是指水深h相對波長λ很小時（一般取h<1/20λ)的波動，又稱長波。傳播速度與波長無關(guān)，僅決定于水深。
靜水壓力profile可以用于非開放明渠流動中
變化的表面張力能力能夠與CSF模型一起使用
對于設(shè)計移動的網(wǎng)格或移動參考系（MRF），用戶可以使用Relative Velocity Resistance Formulation選項以更好的預(yù)測多孔介質(zhì)源
用戶現(xiàn)在可以通過線性/非線性波疊加的方法生成隨機/規(guī)則的波
用戶現(xiàn)在可以使用Solitar/Cnoidal波理論生成包含有限波幅的淺水波
