基于调和多项式单元与浸没边界方法建模非线性波-结构相互作用的数值波浪水池的开发与验证
流体动力学
2021-08-27 v2
摘要
本文在二维空间中开发了一个完全非线性的势流数值波浪水池（NWT），采用调和多项式单元（HPC）方法求解波势的拉普拉斯问题，并使用浸没边界方法（IBM）捕捉自由面运动。该 NWT 可考虑固定的、浸没的或壁面直立穿水面的物体。为计算物体周围流场及相应压力场，实现了一种新颖的多重重叠网格方法。每个网格拥有各自的自由面，从而确保物体附近问题与更大尺度波传播问题之间的双向通信。通过对势的时间导数求解边值问题，计算结构上的压力场与非线性载荷。基于波陡从大到极端（最高达 ， 为波峰到波谷的波高， 为波长）的驻波广泛测试，研究了求解器的稳定性与收敛特性。确定了最优时间与空间离散化范围，并在初次不使用任何滤波器的情况下验证了高阶收敛特性。对于具有高非线性水平或长模拟时长的情况，使用温和的 Savitzky-Golay 滤波器被证明可扩展模型的适用范围。随后，该 NWT 针对两个波槽实验进行了测试，分析不同波浪条件下物体上的受力。首先，作用于低浸没于平均水位下方的小型水平圆柱体上的垂向力的非线性分量被证明可准确模拟至波陡的三阶。第二种情况是一个具有矩形截面的浮式驳船的专用实验。这一极具挑战性的情况（大波中带尖角的物体）可用于检验其性能（……待续……）
引用
@article{arxiv.2009.08937,
title = {Development and validation of a numerical wave tank based on the Harmonic Polynomial Cell and Immersed Boundary methods to model nonlinear wave-structure interaction},
author = {Fabien Robaux and Michel Benoit},
journal= {arXiv preprint arXiv:2009.08937},
year = {2021}
}
备注
47 pages, 26 figures