基于域分解与函数分解的势流至黏性流求解器单向耦合方法在非线性波中固定淹没体上的评估

为模拟海浪与海洋结构的相互作用，研究了势流模型与黏性模型之间的耦合方法。第一个模型是基于调和多项式单元（HPC）方法的全非线性势流（FNPF）模型，其精度高，最适合表征长距离波浪传播。第二个模型是在openfoam工具包内求解雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程的CFD代码，更适于表征物体附近局部尺度上的黏性与湍流效应。考虑完全淹没且固定的结构，在二维情形下开发并比较了两种单向耦合策略。首先考虑域分解（DD）策略，在物体附近引入细化网格并在其上求解RANS方程。开发了由FNPF结果得到边界条件与插值算子的方法，以在其外边界强制给定值。第二种耦合策略在局部网格上考虑变量分解（函数分解，FD）。由于FNPF模拟提供了满足无旋Euler方程的变量场，引入补充速度与压力分量作为总流变量与势流变量之差。这些补充变量是修正RANS方程的解。给出了非线性波与矩形截面水平圆柱相互作用的比较。将四种模拟方法（独立FNPF、独立CFD、DD与FD耦合方案）计算得到的物体受力与实验数据进行比较。结果表明，两种耦合方法在很大范围的入射波陡与Keulegan-Carpenter数内均能准确表征载荷及相关的水动力系数。