數值水槽
關注創(chuàng)建者：CAE小牛 創(chuàng)建時間：2016-12-01
數值水槽的實例教程
圖12 二階Stokes波浪形狀
圖13 穩(wěn)定過后的波浪形狀
圖14 速度矢量圖
圖15 壓力云圖
從速度矢量圖中可以看出流體質點環(huán)形運動，符合基本的物理現象，壓力隨水深呈梯度變化，同時可以看出數值水槽可以較好地模擬波面變化。論文不足的地方是：波峰應隨水深變淺而逐漸變陡，但在Fluent中由于波浪衰減較快，波浪能量耗散較大，此現象不是很明顯。
圖16是利用Xflow模擬出的結果，由于相關參數和邊界條件設置大同小異，這里不再展示具體過程，此軟件與Fluent不同的是：它采用的計算方法是格子-玻爾茲曼方法，網格采用的是笛卡爾網格。可以看出Xflow模擬的效果更好，同時可以間接說明Fluent為了得到較好的穩(wěn)定性而使數值耗散比較嚴重。圖17是卷浪的局部放大圖，可以看出格子-玻爾茲曼方法在觀察某一質點的細節(jié)運動時較Fluent具有明顯的優(yōu)勢。
圖16 Xflow中模擬的結果
圖17 粒子追蹤的卷浪效果
參考文獻
[1]高睿, 任冰. 波浪沿斜坡傳播的SPH數值模擬[C]// 中國海洋. 2009.
[2]游濤. 波浪在斜坡上的傳播破碎及沿岸流研究[D]. 天津大學, 2004.
[3]安蒙華, 蔣勤, 張長寬. 波浪在斜坡堤上傳播的數值模擬[J]. 水運工程, 2014 (6):25-29.
[4]李勝忠. 基于FLUENT的二維數值波浪水槽研究[J]. 2013.
缺點：波浪的耗散很嚴重，試過降低粘性系數、改變模型和網格大小、更換邊界條件和湍流模型，最終還是沒有找到解決的好辦法。
展開 為了更好地了解搖板造波技術的工作原理，提高搖板式造波機的工作效能，利用OpenFOAM開源平臺，通過自建高性能計算集群仿真平臺，利用搖板造波技術，來模擬真實物理水槽的波浪以及波浪與結構物的耦合運動。具體數值仿真過程如下圖所示：
植被對波浪作用下床面切應力影響的數值模擬分析
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摘要
本文基于OpenFOAM建立三維波浪數值水槽，模擬計算植被水域波浪作用下的床面切應力，分析了入射波高、植被密度、植被淹沒高度、水流對植被水域波浪作用下床面切應力的影響。結果表明：純波時，由于植被的阻水作用，植被水域床面切應力沿程衰減，其衰減程度與入射波高、植被密度及植被淹沒高度呈現正相關；與純波時相比，在波浪和同向流共同作用下正向床面切應力幅值增大，負向床面切應力幅值減小；弱水流對植被水域床面切應力的大小及分布無明顯影響；強水流時，床面切應力在植被水域先增大后逐漸減小并在植被水域后顯著降低。
展開 數值建模
圖4. 四個案例研究幾何形狀的鳥瞰圖。
本次展示中使用的波浪探測器位置已標出。
圖5. 二階數值面板模型的三維示意圖，帶有自由液面。
Selected results, 規(guī)則波
以下將比較線性和二階模型預測的最大波峰高度Atot與相應的測量值。
圖6a-b. 單柱和四柱的波峰放大
圖6c-d. GBS和半潛式的波峰放大
圖7. 預測的高程與測量值的對比（單柱）。
波浪探頭位于柱前1.5米處；兩個隨機事件。
圖8. 預測的高程和氣隙與測量值的對比（半浮式）。波浪探頭編號1（上面兩個圖）和8（下面兩個圖）。
四、一個簡化的甲板波浪載荷模型
本文開發(fā)了一種簡化的方法，用于求解海上結構甲板下由于波浪傳播引起的水沖擊力。目前的方法基于勢理論，可用于解決夾層型平臺以及半潛式平臺、張力腿平臺（TLP）和重力基礎（GBS）等大體積平臺的波浪沖擊問題。計算得到了由甲板下濕潤區(qū)域定義的面積上的綜合力。
圖9. 計算的垂直波浪沖擊甲板載荷事件與測量結果的對比
五、完全非線性建模：使用商業(yè)CFD工具的初步研究
由于在波浪放大和沖擊問題中觀察到強烈的非線性波浪-柱相互作用，因此啟動了對使用完全非線性模型可行性的調查。考慮采用Volume-of-Fluid方法，使用商業(yè)軟件FLOW-3D。在之前對FPSO的綠水載荷研究中，該工具取得了有前景的結果。
圖10. 數值波浪水槽中波高為22米、周期為12秒時柱體的放大視圖
圖11. 中心平面的速度場。
圖12. 速度場快照，二維波浪沖擊甲板研究。
圖13.
展開 來源：多相流在線
作者： 毛艷軍
在應用 CFD 方法進行 船舶與海洋工程，港口海岸及近海工程等相關工程問題模擬的過程中，首先要做的就是建立數值波浪水槽(Numerical Wave Tank NWT), NWT 需要具備基本的造波和消波功能。waves2Foam 就是一個基于 OpenFOAM 進行二次開發(fā)的用于波浪模擬的拓展工具箱。它由丹麥科技大學 Niels Gjol Jacobsen 在2011年9月開源公布，也是目前影響力和知名度較高的一個造波工具箱。
waves2Foam 采用速度入口式造波方法，松弛區(qū)消波方式。預設了多種規(guī)則波，不規(guī)則波，孤立波等造波類型；松弛區(qū)消波可以在水槽兩端設置先后消波區(qū)從而可以消除尾端波浪以及結構物二次反射波浪。經眾多學者和以及筆者驗證，waves2Foam 造波和消波效果都較為穩(wěn)定，同時計算效率也表現不錯，因此得到了眾多學者使用。同時，其中包含了較多的前后處理程序也是值得學習和使用的。
圖片來源：https://www.zhihu.com/people/yang-lin-40-50/posts
本篇主要內容：
waves2Foam 安裝過程中容易出現的問題和解決辦法，是waves2Foam手冊的有效補充。
waveDyMFoam 和 overwaveDyMFoam 動網格版本求解器的手動修改，手冊的有效補充和首發(fā)內容。
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六、結論
針對四種不同結構，進行了圍繞和穿過柱體的自由液面波高的線性和二階數值建模案例研究。通過系統(tǒng)的收斂性研究，選擇了最終的數值模型。
人工造浪技術在日常生活中極為普遍。隨著近年來夏日氣溫的逐漸升高，水上樂園成為了人們出行旅游的首選項。而水上樂園中的許多項目，例如“激流勇進”便是主要依靠人工造浪設備。其中，推板式造波機在波浪仿真、船舶等水面浮式結構物與波浪的相互作用等工程有廣泛的應用。搖板式造波機多用于試驗水池內，是一種由下端關節(jié)連接，上端可來回擺動的搖板，用于制作人造波浪的設備。
為了更好地了解搖板造波技術的工作原理，提高搖板式造波機的工作效能
在數值模擬中假定水槽水位固定，水塔水位下降。圖8展示了降雨末期管道排水量隨水塔水位變化的數值模擬結果。從結果可知，降雨末期管道頂托不變，排水量隨著水塔水位的降低而減小，這與普遍的認知一致。
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摘要
本文基于OpenFOAM建立三維波浪數值水槽
來源：多相流在線
作者： 毛艷軍
在應用 CFD 方法進行 船舶與海洋工程，港口海岸及近海工程等相關工程問題模擬的過程中，首先要做的就是建立數值波浪水槽(Numerical Wave Tank NWT), NWT 需要具備基本的造波和消波功能。waves2Foam 就是一個基于 OpenFOAM 進行二次開發(fā)的用于波浪模擬的拓展工具箱。
基于FLUENT的二維數值波浪水槽研究[J]. 2013.
缺點：波浪的耗散很嚴重，試過降低粘性系數、改變模型和網格大小、更換邊界條件和湍流模型，最終還是沒有找到解決的好辦法。
