基于 EnKF 方法的 VOF 数值波箱中顺序水波重建
流体动力学
2026-02-25 v2
摘要
现有的相位分辨波重建方法大多基于势流理论，这限制了其捕捉强非线性现象（如波浪破浪动力学）的能力。在此类情况下，多相不可压 Navier--Stokes 求解器的重要性尤为突出。这些求解器构成了海洋、海洋和沿海工程中广泛使用的数值波箱的基础。然而，此类系统中状态变量的高维度往往阻碍数据同化的效率。应用 POD 方法对 ensemble 基于数据同化中的状态向量进行降阶，自然可获得瞬时快照。鉴于不规则波浪的非稳定性和随机相位组合，单次数据同化的有效性有限。因此，采用顺序数据同化以持续更新波浪轮廓，以确保波场与真实世界条件相匹配。因此，需要进行 inflation 以缓解 ensemble 崩溃。与单相流（无界面）不同，后者可直接对背景误差协方差进行 inflation；为保持物理约束，在对相位场进行 inflation 时，同时更新速度场，并纳入势流公式。我们使用三个具有代表性的案例——规则波浪、不规则波浪和掀浪——验证所提方法并评估其性能。同时考察了同化参数的影响。结果表明，顺序数据同化策略实现了 VOF 数值波箱的准确自由表面重建。
引用
@article{arxiv.2510.14356,
title = {Sequential water wave reconstruction in VOF-based numerical wave tanks with the EnKF approach},
author = {Liwen Yan and Linyuan Che and Jing Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.14356},
year = {2026}
}