FNPF-SEM：Firedrake中用于完全非线性水波模拟的并行谱元模型

我们提出了一种新的并行谱元求解器FNPF-SEM，用于模拟线性和完全非线性势流型水波及其与海上结构的相互作用。该工具被设计为海上工程应用的通用波模型。构建于开源框架Firedrake之上，新的FNPF-SEM模型被设计为一种能够以高精度和高效率捕捉线性和非线性波现象的计算工具，并支持高阶（谱）有限元。此外，Firedrake提供对基于MPI的并行化的原生支持，允许高效的多CPU分布式计算以满足大规模模拟需求。我们通过h-和p-收敛性研究以及弱缩放和强缩放测试展示了高阶谱元模型的能力。验证针对多个基准案例进行，包括非线性高阶谐波生成以及线性和非线性波与圆柱体和防波堤的相互作用。新的FNPF-SEM模型提供了一个用于模拟波传播和波-结构相互作用的数值框架，具备以下关键特性：i) 通过灵活的非结构化有限元网格表示复杂几何；ii) 通过使用高阶多项式展开减少数值扩散和频散；iii) 通过并行实现扩展到全规模和大型模拟以及长时间模拟。