用于风浪相互作用大涡模拟的基于海面拖曳模型

Monin-Obukhov相似理论(MOST)是一种经过充分验证的方法，用于在粗糙表面均匀时指定通量。对于波浪上的流动（非均匀表面），常通过基于波浪特征和风速的模型来规定相位平均粗糙长度尺度。然而，由于依赖针对特定数据集调参的模型系数，此类方法在不同波龄和波陡上缺乏泛化能力。本文中，开发了一种适用于移动表面的基于海面的水动力拖曳模型，用于模拟风因波浪所感受到的基于压力的表面拖曳。该模型基于\citet{Anderson2010}适用于静止障碍物的表面梯度方法，并在此推广至风浪问题。所提出的波浪拖曳模型基于来流动量通量、波浪相速度和表面迎风面积来规定水动力。与风浪动量交换相关的拖曳系数基于波陡确定。该波浪拖曳模型用于模拟不同波龄和波陡下单色波列上的湍流气流。平均流速剖面和模型形式应力与可用的实验室尺度实验数据进行了验证，并在广泛的波陡和波龄范围内显示出良好一致性。对于所考虑的正弦波列，拖曳力与波面梯度相关，且与波高分布异相因子为$\pi/2$。这些结果表明，与波相位平均模型相比，当前方法在广泛参数空间上具有充分泛化性，且计算成本增加极小。