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具體數(shù)值仿真過(guò)程如下圖所示：

本文基于OpenFOAM建立三維波浪數(shù)值水槽，模擬計(jì)算植被水域波浪作用下的床面切應(yīng)力，分析了入射波高、植被密度、植被淹沒(méi)高度、水流對(duì)植被水域波浪作用下床面切應(yīng)力的影響。

基于數(shù)值模擬結(jié)果，提出浮式風(fēng)電塔設(shè)計(jì)的優(yōu)化建議。7、模擬報(bào)告與文檔編寫(xiě)詳細(xì)的模擬報(bào)告，記錄模型設(shè)置、方法、結(jié)果和結(jié)論。整理相關(guān)的文檔和腳本，確保模擬過(guò)程可重復(fù)和可追溯。通過(guò)這些步驟，可以對(duì)水面浮體（如浮式風(fēng)電塔）與波浪的流固耦合動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)值模擬，以支持工程設(shè)計(jì)和決策。文章內(nèi)容轉(zhuǎn)自：“云數(shù)仿真”公眾號(hào)

數(shù)值波浪水槽中波高為22米、周期為12秒時(shí)柱體的放大視圖圖11. 中心平面的速度場(chǎng)。圖12. 速度場(chǎng)快照，二維波浪沖擊甲板研究。圖13. 甲板沖擊力時(shí)間歷程示例六、結(jié)論針對(duì)四種不同結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了圍繞和穿過(guò)柱體的自由液面波高的線性和二階數(shù)值建模案例研究。通過(guò)系統(tǒng)的收斂性研究，選擇了最終的數(shù)值模型。

本案例利用Fluent中的VOF模型，對(duì)帶結(jié)構(gòu)物的階梯水槽波浪問(wèn)題進(jìn)行了仿真計(jì)算。 該案例比較簡(jiǎn)單，屬于Fluent VOF波浪造波問(wèn)題的一個(gè)延伸，模擬近岸區(qū)域的橋墩受波浪運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力仿真問(wèn)題。 1 前處理設(shè)置采用scdm軟件對(duì)幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分。

：在整個(gè)波頻范圍內(nèi)，圓形截面比矩形截面的消波性能更好；陳城等[6]通過(guò)數(shù)值模擬證明了加裝翼板可以提高浮式防波堤垂蕩運(yùn)動(dòng)的固有周期，使得帶翼板的浮式防波堤在面對(duì)較長(zhǎng)周期的波浪時(shí)，能夠吸收更多的波浪能；葛江濤等[7]利用數(shù)值模擬的方法對(duì)比驗(yàn)證了在弧型與直線型兩種不同的防波堤布局方式下的水動(dòng)力性能，結(jié)果表明：弧型布局浮式防波堤的系泊張力總體上與直線型相當(dāng)，在橫浪和斜浪工況下的橫搖響應(yīng)較為緩和，總體水動(dòng)力性能表現(xiàn)更佳

波浪場(chǎng)的數(shù)值模擬過(guò)程主要包含三個(gè)過(guò)程，分別是：數(shù)值造波、波浪的傳播、數(shù)值消波。其中，數(shù)值造波是提供穩(wěn)定波浪的基礎(chǔ)與源頭；波浪傳播過(guò)程中數(shù)學(xué)模型的選取決定了傳播過(guò)程中的紊流、繞射、衰減等物理過(guò)程；數(shù)值消波可以有效減小計(jì)算區(qū)域，將波浪在傳播末端去除，避免反射波浪對(duì)傳播過(guò)程的影響。

2 模型驗(yàn)證2.1 數(shù)值模型本文采用的二維數(shù)值模型如圖1所示。由于數(shù)值模擬要求上下游水位邊界水位盡量穩(wěn)定，所以將水塔和水槽的長(zhǎng)度設(shè)置得盡量長(zhǎng)以滿足模擬要求，如圖1所示，水塔長(zhǎng)度為350 m, 高度為1 m, 水槽長(zhǎng)度為100 m, 高度為1 m。

本研究采用二維條帶理論進(jìn)行數(shù)值模擬，得到船舶水動(dòng)力系數(shù)和運(yùn)動(dòng)情況。在本模擬中，假設(shè)海況5級(jí)。前進(jìn)速度為20節(jié)。 振幅和周期是衡量船舶運(yùn)動(dòng)特性的基本指標(biāo)。船舶運(yùn)動(dòng)在不規(guī)則波浪下是不規(guī)則的，所以振幅和周期是隨時(shí)間變化的。功率譜密度為不規(guī)則船舶運(yùn)動(dòng)表示提供了直接有效的方法，通常認(rèn)為譜中的峰值周期為特征周期。以頻譜的零階矩所確定的顯著值作為特征振幅。

基于三維勢(shì)流理論計(jì)算浮式基礎(chǔ)的水動(dòng)力系數(shù),包括靜水恢復(fù)力系數(shù)、附加質(zhì)量和阻尼系數(shù)以及一階和二階波浪載荷傳遞函數(shù),其中0°入射方向下一階波浪載荷傳遞函數(shù)的計(jì)算結(jié)果如圖4所示。圖3 浮式基礎(chǔ)水動(dòng)力模型圖4 波浪入射方向?yàn)?°時(shí)的一階波浪載荷傳遞函數(shù)動(dòng)力響應(yīng)分析 建立海上浮式風(fēng)力機(jī)數(shù)值仿真模型,計(jì)算極端停機(jī)工況下浮式風(fēng)力機(jī)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。環(huán)境載荷方向的定義如圖5所示。

圖2 數(shù)值計(jì)算模型-平臺(tái)模型圖3 數(shù)值計(jì)算模型-計(jì)算域圖4 CFD數(shù)值計(jì)算模型-網(wǎng)格表6 CFD計(jì)算平臺(tái)在靜水和波浪中的總阻力結(jié)果統(tǒng)計(jì)值2.2 勢(shì)流數(shù)值計(jì)算模型圖5～7所示為勢(shì)流計(jì)算的模型、流體域和網(wǎng)格.

實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模型的條件相似，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪褂靡粋€(gè)19米長(zhǎng)、45.6厘米寬、44厘米深的水槽，圓形橋墩直徑為5.08厘米。水槽中使用沙粒作為床材料，沙粒直徑為0.385毫米，高度12.7厘米，密度2650千克/立方米，沙子的休止角為32度。進(jìn)水速度為0.25米/秒，水深為15厘米，模擬時(shí)間為30分鐘。圖1.

標(biāo)準(zhǔn)潰壩實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)潰壩實(shí)驗(yàn)最早由Martin和Moyce（1952）提出，經(jīng)過(guò)多年的不斷發(fā)展，逐漸成為檢驗(yàn)數(shù)值模型準(zhǔn)確性的經(jīng)典算例之一。該實(shí)驗(yàn)通常在一個(gè)長(zhǎng)方形水槽內(nèi)進(jìn)行，水槽的一端安裝有一堵垂直擋板，將水槽分隔為上游和下游兩個(gè)區(qū)域，上游區(qū)域注滿水，下游區(qū)域保持干燥。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)迅速移除擋板，上游蓄積的水在重力作用下迅速流向下游，從而產(chǎn)生一個(gè)瞬態(tài)流動(dòng)過(guò)程。

本研究對(duì)三腳架周?chē)灰?guī)則波浪中的局部沖刷進(jìn)行了數(shù)值研究。建立并驗(yàn)證了以 RNG k 湍流模型為基礎(chǔ)的海床-三腳架-流體數(shù)值模型，分析了流速分布和沖刷特性。建議的計(jì)算模型 FLOW-3D 是分析和預(yù)測(cè)三腳架周?chē)灰?guī)則波浪中的最大沖刷發(fā)展和流場(chǎng)的有用工具。

2001 年，該團(tuán)隊(duì)在通過(guò) CFD 計(jì)算船舶水動(dòng)力系數(shù)的基礎(chǔ)上，建立了波浪、力、運(yùn)動(dòng)之間的傳遞函數(shù)，使用 Matlab 的 Simulink 模塊對(duì)該船的運(yùn)動(dòng)與控制進(jìn)行了數(shù)值仿真 [50] ，并通過(guò)模型試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證 [51] 。

數(shù)值水池的下一步任務(wù) 數(shù)值水池下一步的任務(wù)應(yīng)是：面向船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)對(duì)真實(shí)、復(fù)雜海洋環(huán)境中綜合/耦合水動(dòng)力性能預(yù)報(bào)、評(píng)估的需求，開(kāi)發(fā)復(fù)雜水動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的虛擬試驗(yàn)?zāi)K（如船舶波浪中快速性、波浪中操縱性等），并提供相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)；此外，開(kāi)展實(shí)尺度船舶“數(shù)值航行”以及實(shí)尺度海洋結(jié)構(gòu)物在真實(shí)海洋環(huán)境中載荷與響應(yīng)的虛擬試驗(yàn)技術(shù)開(kāi)發(fā)

附件K文件為基于S-ALE模擬波浪環(huán)境中流場(chǎng)梯度的設(shè)置上圖分別為頁(yè)面運(yùn)動(dòng)情況以及流場(chǎng)的壓力梯度云圖，S-ALE通過(guò)邊界的設(shè)定與流場(chǎng)壓力的組合模擬了在波浪環(huán)境下流暢的壓力梯度。基于此可以進(jìn)行研究其他在波浪環(huán)境下與梯度相關(guān)的數(shù)值模擬。

其中，紅色的是波浪站點(diǎn)，黑色的是水位站點(diǎn)。右側(cè)的色條表示水底深度，單位為米。 圖4 地中海區(qū)域的站點(diǎn)，及水深分布（紅色點(diǎn)：波浪測(cè)站；黑色點(diǎn)：水位測(cè)點(diǎn)） 選用ERA5作為邊界輸入數(shù)據(jù)集,得出模擬計(jì)算值后，對(duì)各波浪站點(diǎn)進(jìn)行率定，比較數(shù)值為有效波高和波峰重現(xiàn)期。

使用 Ansys Fluent 執(zhí)行船體在逆海波浪中移動(dòng)的升沉和縱搖仿真示例。流體體積或 VOF 模型用于求解此明渠流動(dòng)示例。在此示例中，使用明渠波浪邊界條件生成淺層波浪，而使用動(dòng)態(tài)網(wǎng)格對(duì) wigley 船體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行建模。使用用戶定義函數(shù) (UDF) 將運(yùn)動(dòng)限制為 4 個(gè)自由度 (DOF)。為了避免出口處的數(shù)值反射（非物理結(jié)果/波浪反射），使用了數(shù)值海灘選項(xiàng)。