破碎波中气泡产生与声生成过程的高保真模拟及新型数据分析

近年来计算能力的提升使得许多对海军应用具有实际与战略意义的复杂流动问题得以数值模拟。一个显著的进展领域是计算由破波产生的湍流两相流，以及诸如空化等其他多相流过程，这些过程可在船尾流中生成水下声音并夹带气泡，等等。尽管先进流动求解器已很成熟，并能在大量网格点上模拟高雷诺数流动，数据分析方面的挑战依然存在。具体而言，亟需将精细网格上离散时间步描述的超高分辨率流场转化为物理上可分辨的特征，从而理解流动动力学并用于海军应用。本文介绍了我们在该领域的近期工作。在先前工作中，我们开发了一种新颖算法来追踪破波模拟中的气泡并解释其随时间演化的动态行为（Gao et al., 2021a）。我们也发现了驱动破波波峰内气泡产生的新的物理机制（Gao et al., 2021b），并建立了关联气泡行为与水下声生成的模型（Gao et al., 2021c）。在本工作中，我们将气泡追踪算法应用于破波模拟，并基于先前工作研究了气泡轨迹、气泡产生机制与气泡声学。