基于VPM-THINC/QQ模型的波浪高保真模擬

摘要：為實現波浪傳播的高保真數值模擬,采用包含單元均值和點值(volume-average/point-value method,VPM)的有限體積法求解納維-斯托克斯方程和具有二次曲面性質和高斯積分的雙曲正切函數(THINC method with quadratic surface representation and Gaussian quadrature,THINC/QQ)方法來重構自由面,建立以開源求解庫OpenFOAM底層函數庫為基礎的VPM-THINC/QQ模型.在本模型中添加推板造波法實現波浪的產生功能,采用松弛法實現消波功能,構建高精度黏性流數值波浪水槽.分別采用VPM-THINC/QQ模型和InterFoam求解器(OpenFOAM軟件包中廣泛使用的多相流求解器)開展規則波的數值模擬,重點探究網格大小和時間步長等因素對波浪傳播過程的影響,定量地分析波高衰減程度;為驗證本模型的適應性,對長短波進行模擬.結果表明,在相同網格大小或時間步長條件下,VPM-THINC/QQ模型的預測結果與參考值吻合較好,波高衰減較少,且無相位差,在波浪傳播過程的模擬中呈現出良好的保真性.本文工作為波浪傳播的模擬研究提供了一種高精度的黏性數值波浪水槽模型.