基于OpenFOAM的浅滩波浪破碎区气液两相流耦合模拟
基于气液两相流模型的电解加工多场耦合仿真
基于气液两相流模型的电解加工多场耦合仿真周小超;陈远龙;侯亭波;王壮壮【摘要】针对电解加工产生的气泡影响加工精度的问题,引入Euler-Euler双流体模型对电解加工中气液两相流场进行描述,并耦合电场和温度场相关模型,分析了工具阴极、工件阳极表面气泡率、温度、电导率和电流密度的分布规律;通过调整加工电压、入口压力和出口压力,对工件阳极表面气泡率和电流密度分布进行仿真优化.仿真结果表明:在流速相同的条件下,减小加工电压、增加出口压力能够改善电导率分布,使阳极表面电流密度分布更加均匀.实验结果表明:仿真得到的阳极表面电流密度分布与工件轮廓高度误差分布吻合;采用优化后参数加工出的工件轮廓精度得到提高.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2019(030)010【总页数】7页(P1135-1141)【关键词】气液两相流;电解加工;气泡率;耦合仿真【作者】周小超;陈远龙;侯亭波;王壮壮【作者单位】合肥工业大学机械工程学院,合肥,230009;皖西学院机械与车辆工程学院,六安,237012;合肥工业大学机械工程学院,合肥,230009;合肥工业大学机械工程学院,合肥,230009;合肥工业大学机械工程学院,合肥,230009【正文语种】中文【中图分类】TG6620 引言电解加工是以电化学阳极溶解原理去除材料实现成形加工的一种方法，具有高效率、高表面质量、无残余应力、无表面再铸层、阴极无损耗等独特优势，主要应用于航空、航天、兵器等工业领域[1-2]。
电解液流场直接影响电解加工的稳定性和加工质量[3]，电解液的气泡率、温度、压力、流速等因素影响加工间隙的大小和均匀性[1]。
因此，对电解加工中极间流场进行精确描述有助于提高电解加工过程的稳定性和加工质量。
国内外对电解加工中的气泡开展了一系列研究。
SHIMASAKI等[4]通过导电透明电极直接观察电解加工间隙，得出了电解液沸腾的条件，阐明了发生放电与间隙气泡率之间的关系；CHANG等[5]用两相流数值模型对流场进行仿真，指出电极形状曲率大小决定模型的选择；FAN等[6]通过对测量信号的分析，判断气液两相流的形态；秦鹏等[7]对钛合金材料在不同含气率下的加工特性进行了研究，指出含气率的增大会使材料去除率下降；SOKOLICHIN等[8]基于气体和液体之间的压力与阻力差，对气液两相流进行了建模，仿真得到气泡的分散情况；陈嘉瑶[9]对不同磁场下流场中液相流速和气泡的分布情况进行了仿真，指出在低流速时，气泡呈搅拌状分布。
气液两相流数值模拟及应用
气液两相流数值模拟及应用气液两相流是指在某些现象或工艺中，气体和液体同时存在，相互作用，形成的复杂流动状态。
气液两相流在自然界和工业生产中都有广泛的应用，如气液动力学、船舶工程、石油化工、水力学、管道输送等。
数值模拟技术是研究气液两相流的有效方法之一，可通过数学模型描述气液两相流的运动规律，预测流体在各种复杂工况下的运动状态，为各个领域的工程问题提供了重要的参考和解决方法。
一、气液两相流的特点气液两相流的特点是复杂性和多变性。
气液两相流的物性参数（如密度、粘度等）随着相体积分数的变化而变化，在不同的压力、温度和流速下具有不同的特性，且颗粒大小和形状不同，流动形态和动态行为也各异。
正因为如此，对气液两相流的数值模拟需要考虑诸多的参数和影响因素，同时需要选择合适的数值模型、计算方法和数值算法。
二、数值模拟的方法数值模拟方法包括欧拉方法和拉格朗日方法。
欧拉方法适合于模拟流体的宏观运动，它将流场用网格剖分成小单元，并在每个单元上建立流体的宏观性质方程，求解这些方程，得到流场的解析结果。
欧拉方法适合于模拟气体简单的流动情况，但对于气液两相流就显得有些困难，因为在气液两相流中液滴和气泡的运动轨迹是不确定的，欧拉方法不能很好地描述它们碰撞和合并的过程，因此需要采用拉格朗日方法。
拉格朗日方法则选择一类代表性粒子（或液滴、气泡）的轨迹，并得到这些粒子的位置、速度和加速度等参数，再利用统计学方法推导出流场的宏观性质。
它的主要问题是计算代价较大，在大规模气液两相流模拟中会遇到实际的难点和困难。
三、应用实例气液两相流的应用实例主要集中在以下几个方面：1. 混合气气动特性的研究在飞行器、火箭等领域中，气液两相流的复杂性和多变性表现为物体的气动特性的变化，主要是由于流体的惯性和相互作用之间的复杂关系。
2. 溢流油井泄漏在石油生产过程中，由于机械故障或人为操作不当等原因，可能导致油井中的压力失控，引起油气、水等溢出，形成泄漏。
《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》范文
《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》篇一一、引言随着计算流体动力学（CFD）技术的快速发展，数值模拟已成为研究水动力特性的重要手段。
OpenFOAM作为一种开源的CFD软件包，在处理复杂流体流动问题，尤其是两相流模型试验的水动力特性模拟方面，展现出强大的能力。
本文旨在基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型的水动力特性进行数值研究，分析流动过程及现象，并为类似的两相流模拟提供理论支持和实验依据。
二、背景及研究意义在水利工程、环境科学、海洋工程等领域中，挑流水气两相流模型试验是研究水动力特性的重要手段。
然而，传统的实验方法往往受到实验条件、设备精度等因素的限制，难以全面、准确地描述复杂的流动过程和现象。
因此，基于数值模拟的方法显得尤为重要。
OpenFOAM作为一款强大的CFD软件包，可以有效地模拟挑流水气两相流的流动过程，揭示水动力特性的本质。
三、研究方法本研究采用OpenFOAM软件包进行数值模拟。
首先，根据挑流水气两相流的特点，建立合适的物理模型和数学模型。
其次，通过OpenFOAM的求解器进行数值计算，包括网格生成、边界条件设定、物理参数设置等步骤。
最后，对计算结果进行后处理和分析，得出水动力特性的相关结论。
四、数值模拟结果与分析1. 流动过程分析通过OpenFOAM的数值模拟，我们可以清晰地看到挑流水气两相流的流动过程。
在流动过程中，气体和液体相互影响，形成复杂的气液界面。
随着水流的速度和方向的变化，气液界面的形态也随之发生变化。
这些变化对水动力特性有着重要的影响。
2. 水动力特性分析在数值模拟中，我们关注了挑流水气两相流的水动力特性，如流速分布、压力分布、涡旋等。
通过分析这些特性，我们可以得出挑流水气两相流的流动规律和特点。
例如，流速分布的不均匀性会导致局部压力的变化，进而影响整个流动过程。
涡旋的存在则会对流场的稳定性产生影响。
五、结论与讨论本研究基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验的水动力特性进行了数值研究。
气液两相流的数值模拟研究
气液两相流的数值模拟研究一、前言气液两相流在化工、石油、医药、环境等领域有着广泛的应用。
受复杂流体力学问题和实验难度大的限制，气液两相流的数值模拟成为研究的主要手段之一。
本篇文章将探讨气液两相流数值模拟的现状和发展方向。
二、气液两相流模型气液两相流的数值模拟是指通过计算机数值模拟方法对气液两相流的过程进行计算预测的过程，模型选择和建立是数值模拟的关键环节之一。
1.流体动力学模型流体动力学模型主要考虑流场的宏观特性，流体视为连续介质，方程组包括质量守恒、动量守恒和能量守恒等方程。
此模型适用于微尺度气泡和液滴数较少的情况。
2.多相流动模型多相流动模型将气液两相作为两种不同的物理介质，其流动是非连续性的，不同于单相流动模型，需要考虑多个相之间流动的交互作用。
常用的多相流动模型有界面追踪法、Euler-Euler方法、Euler-Lagrange方法等。
3.离散元模型离散元模型主要考虑颗粒间相互作用，颗粒被视为刚体，通过颗粒间作用力学来描述粒子移动、碰撞、断裂等运动过程。
此模型适用于凝聚、粘附、颗粒运动较多的气液两相流。
三、气液两相流数值模拟方法气液两相流的数值模拟方法有多种，以下为常用的数值模拟方法。
1.有限体积法有限体积法将流场分为小的控制体，以格子中心的物理量来表示流场特征，并通过有限差分方式离散处理控制体边界，二次精度和高精度的算法可以在模拟气液两相流时减少精度误差。
2.有限元法有限元法将计算区域分解为无限小的单元，用连续物理场的试验函数来描述流场，通过离散计算相邻单元之间的交互作用来求解流场。
此方法适用于多物理场耦合问题。
3.格子Boltzmann方法格子Boltzmann方法将流体粒子离散在格子上，通过Boltzmann方程来描述流体的运动，通过背反演逆过程将宏观流场转换为微观状态，再根据微观状态模拟宏观流场，其有优秀的高精度和高效性能，但对于多相流有一定局限。
四、气液两相流数值模拟的进展气液两相流数值模拟在几十年的发展中，已经得到了较大的进展，但仍有一些问题亟待解决。
《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》范文
《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》篇一一、引言随着计算流体动力学（CFD）技术的不断发展，数值模拟在水利工程、环境科学、海洋工程等领域的应用越来越广泛。
挑流水气两相流作为一种常见的自然现象和工程问题，其水动力特性的研究对于理解水流运动规律、优化工程设计和提高环境保护水平具有重要意义。
本文基于OpenFOAM这一开源CFD工具，对挑流水气两相流模型试验的水动力特性进行数值研究。
二、OpenFOAM简介OpenFOAM是一个开源的CFD软件包，具有强大的计算能力和广泛的适用性。
它采用面向对象编程语言C++编写，支持并行计算和网格自适应，能够处理复杂的流体流动问题。
在挑流水气两相流的研究中，OpenFOAM可以模拟水流、气体和颗粒物之间的相互作用，为研究水动力特性提供有力支持。
三、挑流水气两相流模型试验挑流水气两相流模型试验是研究水动力特性的重要手段。
通过搭建试验装置，模拟实际水流和气体流动情况，观察和记录水流、气体和颗粒物的运动状态和相互作用。
在试验过程中，需要关注水流速度、流向、流量等关键参数的测量和记录。
四、数值研究方法本文采用OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验进行数值研究。
首先，根据试验装置和流动条件建立计算网格；其次，选择合适的湍流模型和两相流模型，设置边界条件和初始条件；然后，进行数值计算和结果分析。
在数值研究中，需要关注水流速度、流向、压力等关键参数的分布和变化规律。
五、水动力特性分析通过对挑流水气两相流模型试验的数值研究，可以得出以下水动力特性：1. 水流速度分布：在挑流过程中，水流速度在不同位置和方向上存在差异。
通过数值模拟，可以得出水流速度的分布规律，为优化工程设计提供依据。
2. 流向变化：挑流过程中，水流的流向会发生变化。
通过数值模拟，可以分析流向变化的原因和规律，为预测和控制水流运动提供依据。
3. 能量损失：挑流过程中，由于水流与气体、颗粒物的相互作用以及水流内部的摩擦等因素，会产生能量损失。
《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》
《基于OpenFOAM对挑流水气两相流模型试验水动力特性的数值研究》篇一一、引言随着计算流体动力学（CFD）技术的快速发展，数值模拟在水利工程、环境科学、海洋工程等领域的应用越来越广泛。
挑流水气两相流模型试验作为研究水流运动、水气交互作用的重要手段，其水动力特性的准确预测与模拟对工程实践具有重要意义。
本文旨在利用OpenFOAM这一开源CFD工具，对挑流水气两相流模型试验的水动力特性进行数值研究。
二、OpenFOAM简介OpenFOAM是一个用于解决复杂流体流动问题的开源CFD 软件包，其采用基于有限体积法的离散化方法，适用于模拟包括两相流、多相流、湍流等在内的复杂流动现象。
其优点在于开源、可定制、支持并行计算等。
因此，本文选择OpenFOAM作为研究挑流水气两相流模型试验水动力特性的工具。
三、模型建立与数值方法1. 模型建立根据挑流水气两相流模型试验的实际情况，建立合适的计算模型。
模型应包括水流域、挑流结构、边界条件等要素，并考虑水气两相流的相互作用。
2. 数值方法采用OpenFOAM中的欧拉-拉格朗日方法，对水气两相流进行数值模拟。
该方法可以有效地处理两相流的交互作用，并能够准确预测水动力特性。
四、数值模拟与结果分析1. 数值模拟过程根据建立的模型和采用的数值方法，进行数值模拟。
在模拟过程中，需注意网格的划分、边界条件的设置、时间步长的选择等因素，以保证模拟结果的准确性。
2. 结果分析对数值模拟结果进行分析，包括水流速度分布、压力分布、涡旋结构等水动力特性。
通过与实际试验数据对比，验证数值模拟的准确性。
同时，分析挑流结构对水动力特性的影响，为工程实践提供参考。
五、结论通过基于OpenFOAM的数值研究，本文得出以下结论：1. OpenFOAM作为一种开源CFD工具，适用于模拟挑流水气两相流模型试验的水动力特性。
其基于有限体积法的离散化方法，能够准确处理两相流的交互作用。
2. 通过欧拉-拉格朗日方法，可以有效地预测水流速度分布、压力分布、涡旋结构等水动力特性。
openfoam interfoam解读 -回复
openfoam interfoam解读-回复OpenFOAM是一个非常流行的开源计算流体力学（CFD）软件包，它提供了丰富的求解器和工具，可用于模拟各种流体流动问题。
其中，InterFoam是OpenFOAM中用于模拟两相流动（如气液界面）的求解器。
本文将以“openfoam interfoam解读”为主题，逐步解释InterFoam的工作原理和应用。
第一部分——OpenFOAM简介要理解InterFoam，首先需要了解OpenFOAM的基本概念和特点。
OpenFOAM是一个基于有限体积方法的CFD软件包，它提供了一系列开源、模块化的求解器和工具，用户可以根据自己的需求进行自定义和扩展。
OpenFOAM的主要特点包括灵活的网格处理、多物理场耦合、并行计算等。
第二部分——两相流动模拟在涉及两相流动的问题中，InterFoam是OpenFOAM中最常用的求解器之一。
它基于Volume-of-Fluid（VOF）方法，可以模拟气液交界面的运动和变形。
VOF方法是一种二次相法，其核心思想是通过追踪气液相的体积分数来描述两相之间的界面。
InterFoam将问题分解为两个连续相的Navier-Stokes方程以及一个额外的控制方程，用于描述追踪函数（tracking function）的变化。
第三部分——InterFoam求解器的主要特性InterFoam求解器的主要特性包括动态网格适应性、时间步进控制和界面的运动。
动态网格适应性允许网格在模拟过程中自动调整，以保证解的精度和计算效率。
时间步进控制用于确保稳定的求解结果，可以根据模拟需求进行自定义。
界面的运动是InterFoam的最大特点之一，InterFoam可以准确地模拟气液界面的运动、变形以及表面张力的影响。
第四部分——InterFoam的应用案例InterFoam广泛应用于涉及气液界面的工程问题中，例如气泡运动、液滴分离、泡沫生成等。
例如，在车辆行驶过水洼的情况下，使用InterFoam 可以模拟水汽和气泡的运动，评估车辆在不同速度和水洼深度下的稳定性和安全性。
openfoam气固两相流模拟方法
OpenFOAM是一种用于流体动力学模拟的开源软件，可以用于气固两相流的模拟。
以下是OpenFOAM进行气固两相流模拟的基本方法：
1.建立模型：首先需要建立气固两相流模型，包括气相和固相的物理特性、
相互作用的边界条件等。
2.划分网格：使用专业的网格生成软件将模型划分为适当的网格，以便于计
算。
3.定义控制方程：根据流体力学和固体力学的控制方程，定义气相和固相的
运动方程。
4.求解方程：使用OpenFOAM的求解器对控制方程进行求解，得到气相和
固相的速度、压力、温度等物理量的分布。
5.边界条件处理：根据实际情况，设置合适的边界条件，如速度入口、压力
出口等。
6.迭代计算：通过迭代计算，不断更新物理量的分布，直到达到收敛标准。
7.结果后处理：对计算结果进行后处理，提取需要的信息，如速度场、压力
场、颗粒轨迹等。
需要注意的是，气固两相流的模拟需要综合考虑流体力学和固体力学的特性，以及两相之间的相互作用。
因此，在进行模拟时需要充分考虑各种因素，并对模型进行适当的简化。
气液两相流的数值模拟与优化设计
气液两相流的数值模拟与优化设计一、引言气液两相流是工程中常见的多相流现象，其在化工、石油、能源等领域具有重要作用。
为了减少试验研究的成本和时间，在计算机科学技术的支持下，数值模拟逐渐成为了研究气液两相流的有效手段。
本文将介绍气液两相流的数值模拟方法，并探讨其在优化设计中的应用。
二、气液两相流的数值模拟方法气液两相流的数值模拟方法可以分为欧拉方法和拉格朗日方法。
1.欧拉方法：在欧拉方法中，将气体和液体视为一个连续的介质，通过求解守恒方程来计算气液两相流的运动状态。
欧拉方法紧耦合，可用于复杂的多相流体系模拟，但其对流体的宏观特性的表示较弱，并不能很好地描述流场的微观特性。
2.拉格朗日方法：在拉格朗日方法中，将每个颗粒视为一个独立的物体，通过求解运动方程来计算气液两相流的运动状态。
拉格朗日方法强调流场的微观特性，并适用于研究颗粒的运动学问题，但其较难处理复杂的多相流体系模拟。
三、气液两相流数值模拟的优化设计应用气液两相流数值模拟可用于优化设计，包括以下方面：1.应用数值模拟分析气液两相流过程的物理规律，预测气液两相流在不同工况下的流动特性，从而优化流场设计，提高效率和性能。
2.通过数值模拟研究气液两相流变化规律，提高设备运行可靠性和安全性。
3.应用数值模拟分析气液两相流过程的化学反应，探讨反应机理，优化反应器设计，提高反应效率和稳定性。
四、气液两相流数值模拟在化工行业优化设计中的实例通过气液两相流数值模拟，可以优化化工行业中的化学反应器设计。
一例是优化稀有金属催化反应器中液固气三相流的分布，提高反应效率和稳定性。
在该例中，利用拉格朗日方法模拟反应器内单一球形粒子的运动规律，建立了数学模型。
通过模拟分析，发现粒子的径向分布在反应器底部峰值，而体积分布在靠近反应器顶部。
优化设计中，采用多孔涂层技术，将液体布散到球形粒子表面，将气体分布到多孔涂层内部，从而提高了反应器内的质量传递效率和反应效率，实现了优化设计。
气液两相流场的数值模拟与分析
气液两相流场的数值模拟与分析气液两相流是目前工业领域中非常常见的一种流动模式，特别是在石油、化工、生物、医药等领域，几乎都会遇到气液两相流。
气液两相流在工业生产中的应用非常广泛，但同时也会存在一些问题，比如管道堵塞、设备损坏、能耗增加等。
因此，对气液两相流的数值模拟与分析有着非常重要的意义。
一、气液两相流的数值模拟方法气液两相流场一般采用计算流体力学方法进行数值模拟，其中最常用的方法是欧拉-拉格朗日方法、欧拉-欧拉方法和欧拉-多相方法。
欧拉-拉格朗日方法（EL）是以分离相流为前提，将气相和液相视为两个单独的相，对气相和液相的流动状态单独求解。
该方法适用于高浓度的悬浮液。
该方法的优点在于其计算过程简单，且准确度较高。
欧拉-欧拉方法是将气液两相视为一体，即在同一时刻同一空间位置内同时解压气相和液相连续性方程和运动方程。
该方法适用于气液界面位置变化较大的情况。
但是，由于欧拉-欧拉方法1参数较多，复杂度较高，所以在实际应用中选择性较少。
欧拉-多相方法（Eulerian Multi-Fluid Method）是欧拉-拉格朗日方法和欧拉-欧拉方法的综合，是一种介于两者之间的方法。
在欧拉-多相方法中，对于气液两相的流动过程采用不同的方程组来描述并单独求解。
如果在模拟过程中需要考虑气液相互作用、气泡合并、气泡破裂等情况时，欧拉-多相方法则会是比较好的选择。
二、气液两相流场数值模拟的挑战和解决方案对气液两相流场进行数值模拟时，会遇到多种挑战，例如气液两相流相行为的非线性、气液相界面上的微观结构复杂等问题都需要考虑。
在现实过程中，气液两相流场的实际情况往往会比较复杂，具有不确定性和非线性等特点。
这给气液两相流场的数值模拟带来了很大的难度。
针对以上的问题，一些新的数值模拟方法也陆续出现。
例如流域耗散模型，可以克服水平分辨率不高时产生的分裂和合并等误差，以达到更高的计算精度。
除此之外，还有一些基于机器学习算法的气液两相流场模拟方法也逐渐发展起来。
基于OpenFOAM软件CFD模拟的海上平台上塔设备内收集器的优化设计
（4）
转动（绕 y 轴）: 茁(t) = A 茁sin(棕茁t+渍茁)
（5）
转动（绕 x 轴）:酌(t) = 酌sin 酌t +渍酌
（6）
运动响应可改写成坐标系内的运动，见式（7）。
x' cos琢 杉山
煽衫 杉山
山
衫山
山
衫山
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山 山 山
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衫山 衫山
山
衫山
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衫山
删山
闪衫 删山
第 43 卷 第 2 期 2018 年 2 月
上海化工 Shanghai Chemical Industry
·27·
工作研究
基于 OpenFOAM 软件 CFD 模拟的 海上平台上塔设备内收集器的优化设计
卢臣
上海苏尔寿工程机械制造有限公司 （上海 201306）
摘 要 利用开源计算流体力学（CFD）软件 OpenFOAM 模拟海上平台上收集器内气液两相流的运动，追踪收集 器内最高液位随时间的变化。模拟结果表明：初始设计的收集器内最高液位高于直立管的高度，甚至到 达收集器的顶部，液体有从直立管溢出的风险。经过结构优化后，最高液位得以明显降低，液体溢流的风 险得以消除。
整个海上平台的重心相对于收集器模型的坐标 是（-75 m，-20 m，-41.5 m），气液两相流的模拟采用 流体体积函数（VOF）多相流模型[6]进行。由于平台随 海浪做周期性运动，故模拟采用瞬态模拟，流体模型 采用 - 湍流模型。迭代残差的收敛判据为 1e-5， 壁面无滑移边界。气体、液体的物性参数如表 5 所 示。
关于海上平台上气液两相流的研究，大多集中 于内部流场[1]与外部流场[2-5]，同时模拟晃动的平台 与内部气液两相流的文献不多。本文针对海上平台 不断晃动的特点, 通过利用开源计算流体力学 （CFD） 软件 OpenFOAM 模拟其上塔设备内收集器 中气液两相的流动，对塔设备中收集器的设计进行 模拟验证及优化。收集器作为塔设备中的常用部件， 承担着收集并预分布液体、重新分布气体的作用。液 体与气体在收集器各自的流道内互不干扰，才能达 到最优的效果。
openfoam模拟混相原理
一、概述近年来，由于混相流在化工、石油、制药等领域的重要性日益凸显，混相流模拟成为了研究者们关注的焦点之一。
OpenFOAM作为一个开源的计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）软件，为研究者们提供了一个模拟混相流现象的有效工具。
本文将介绍OpenFOAM在模拟混相流中的原理与应用。
二、混相流概述混相流是指在流体中同时存在两种或两种以上的相，如气液、固液、气固混合物等。
混相流的研究对于许多工程领域都具有重要意义，如石油工程中的油气水三相流、环境工程中的大气污染物扩散等。
混相流模拟的复杂性和挑战性在于相间的作用力、相变现象和界面运动等问题。
三、OpenFOAM模拟混相流的基本原理1. 多相流模型在OpenFOAM中，模拟混相流可以采用多相流模型。
常见的多相流模型包括欧拉－拉格朗日（Euler-Lagrange）模型、欧拉－欧拉（Euler-Euler）模型和欧拉－隐式（Euler-Implicit）模型。
这些模型分别适用于不同的流体问题，如气固流、气液流等。
2. 流体力学方程OpenFOAM使用的是有限体积法（finite volume method）求解流体力学方程。
在模拟混相流时，需要将连续方程、动量方程和能量方程等基本方程进行修正，以考虑不同相的相互作用。
3. 边界条件在混相流模拟中，边界条件的设置至关重要。
OpenFOAM中提供了丰富的边界条件选项，如压力入口、速度出口、壁面等，研究者可以根据具体问题进行选择和调整。
4. 离散格式在OpenFOAM中，常用的离散格式包括有限体积法、有限元法等。
不同的离散格式对于不同的混相流问题具有不同的适用性和精度。
四、OpenFOAM模拟混相流的应用案例1. 油气水三相流在石油工程中，油气水三相流是一个重要的研究课题。
研究者可以利用OpenFOAM模拟油气水三相流在油藏中的流动、分离和采收过程，以指导油田开发和管理。
基于OpenFOAM的浅滩波浪破碎区气液两相流耦合模拟
基于OpenFOAM的浅滩波浪破碎区⽓液两相流耦合模拟２０１８年１１⽉⽔运⼯程Ｎｏｖ２０１８第１１期⼀总第５４８期Ｐｏｒｔ＆Ｗａｔｅｒｗａｙ⼀ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＮｏ１１⼀ＳｅｒｉａｌＮｏ５４８基于ＯｐｅｎＦＯＡＭ的浅滩波浪破碎区⽓液两相流耦合模拟张陈浩１?郑⼀茜２(１中交天津港航勘察设计研究院有限公司?天津３００４６１?２天津⼤学仁爱学院?天津３０１６３６)摘要:基于ＯｐｅｎＦＯＡＭ开源⼯具箱?植⼊动量阻尼⽅程和规则波动⽹格边界?形成可靠的三维动⽹格⽓液两相流数值波浪⽔槽?在设置斜率为１６的斜坡平台上?模拟了波浪在近岸带浅滩破碎区的⽓液两相流破碎演化过程?数值模拟结果与试验值吻合较好?对波浪在浅滩破碎区发⽣的变形⼆坍塌⼆周围⽓体变化等情况模拟完整?可为波浪破碎机理研究提供较好的数据⽀撑?关键词:ＯｐｅｎＦｏａｍ?波浪破碎区?⽓液两相流?数值模拟中图分类号:ＴＶ１３９２＋５:Ｕ６５２⽂献标志码:Ａ⽂章编号:１００２￣４９７２(２０１８)１１￣００３８￣０５Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｇａｓ￣ｌｉｑｕｉｄｔｗｏ￣ｐｈａｓｅｆｌｏｗｃｏｕｐｌｉｎｇｉｎｗａｖｅｓｕｒｆｚｏｎｅｉｎｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒｂａｓｅｄｏｎＯｐｅｎＦＯＡＭＺＨＡＮＧＣｈｅｎ￣ｈａｏ１ＺＨＥＮＧＱｉａｎ２１ＣＣＣＣＴｉａｎｊｉｎＰｏｒｔ＆ＷａｔｅｒｗａｙＰｒｏｓｐｅｃｔｉｏｎ＆ＤｅｓｉｇｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ. Ｌｔｄ. Ｔｉａｎｊｉｎ３００４６１Ｃｈｉｎａ２ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＲｅｎａｉＣｏｌｌｅｇｅＴｉａｎｊｉｎ３０１６３６ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＯｐｅｎＦＯＡＭｔｈｅｍｏｍｅｎｔｕｍｄａｍｐｉｎｇｅｑｕａｔｉｏｎａｎｄｒｅｇｕｌａｒｗａｖｅｇｒｉｄｂｏｕｎｄａｒｙａｒｅｉｍｐｌａｎｔｅｄｔｏｆｏｒｍａｒｅｌｉａｂｌｅｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｖｉｎｇｇｒｉｄｇａｓ￣ｌｉｑｕｉｄｔｗｏ￣ｐｈａｓｅｆｌｏｗｎｕｍｅｒｉｃａｌｗａｖｅｆｌｕｍｅ.Ｏｎｔｈｅｓｌｏｐｅｐｌａｔｆｏｒｍｗｉｔｈａｓｌｏｐｅｏｆ１６ｔｈｅｇａｓ￣ｌｉｑｕｉｄｔｗｏ￣ｐｈａｓｅｆｌｏｗｂｒｅａｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｗａｖｅｓｉｎｔｈｅｃｏａｓｔａｌｓｈａｌｌｏｗｂａｎｋｓｕｒｆｚｏｎｅｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄ.Ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅｓａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗａｖｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｌｌａｐｓｅａｎｄａｍｂｉｅｎｔｇａｓｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｈｅｓｈａｌｌｏｗｂｅａｃｈｃｒｕｓｈｉｎｇａｒｅａｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｗｈｉｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｇｏｏｄｄａｔａｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｗａｖｅｃｒｕｓｈｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ.ＫｅｙｗｏｒｄｓＯｐｅｎＦｏａｍｗａｖｅｓｕｒｆｚｏｎｅｇａｓ￣ｌｉｑｕｉｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ收稿⽇期:２０１８￣０３￣１５作者简介:张陈浩(１９８７ )?男?⼯程师?从事港⼝航道⼯程设计研究⼯作?⼀⼀近岸浅滩是波浪破碎的主要区域?波浪破碎区的⽔动⼒特性直接影响着泥沙输移和海床演变?是海岸研究中最为关键的问题之⼀?同时?近岸带起着重要的⽣态隔离和缓冲功能?我国近年对海岸线的⽣态保护和修复尤为重视?⽽波浪破碎对⽣物⽣存空间和近岸⽔⼯建筑物的影响⼗分明显?因此对其复杂⾃然过程的研究⾮常必要?许多学者利⽤实验室观测和数值模拟研究了波浪破碎带的输移特性?基于Ｂｏｕｓｓｉｎｅｑ⽅程或浅⽔⽅程的数值模拟常常被⽤于描述波浪破碎区的流场情况和紊流特性１ ?蒋昌波等２利⽤平均雷诺数的Ｎａｖｉｅｒ￣Ｓｔｏｋｅｓ(ＲＡＮＳ)⽅程模拟了近岸冲泻区的波浪破碎⼆增减⽔的动⼒特性?李⽟成等３利⽤边界元法直接求解Ｌａｐｌａｃｅ⽅程?模拟了斜坡上规则波的传播与变形特性?本⽂基于ＣＦＤ开源⼯具箱ＯｐｅｎＦＯＡＭ?利⽤Ｎａｖｉｅｒ￣Ｓｔｏｋｅｓ(ＲＡＮＳ)⽅程建⽴基于动⽹格的⼆维数值波浪⽔槽?对波浪通过斜坡平台的传播特性进⾏了数值模拟?详细分析了平台上破碎区内流场结构和运动变化特征?１⼀计算⽅法１１⼀控制⽅程有些学者在建⽴数值波浪⽔槽时通常采⽤⼊。
基于OpenFOAM波浪-植物相互作用的数值模拟研究
基于OpenFOAM波浪-植物相互作用的数值模拟研究
张宸浩;张明亮;柴崇顼;王珏;王清夷
【期刊名称】《海洋学研究》
【年(卷),期】2022(40)1
【摘要】海岸带盐沼植物能够减小波浪流速、削弱波能,具有生态缓冲功能,研究河口海岸盐沼植物对波浪的消减机理对于近岸区域的固岸护堤具有重要意义。
本研究利用开源CFD软件包OpenFOAM建立三维数值模型。
首先模拟了溃坝波越过三角障碍物及孤立波在斜坡海岸的爬坡过程,结果显示OpenFOAM模型可精确地捕捉溃坝波传播和孤立波自由水面的运动过程。
随后模拟了孤立波在植物波浪水槽中的形成、发展和衰减过程,孤立波通过植物带后波高明显降低,植物对波浪能量的衰减作用明显。
最后探讨了正弦波在植物海岸上的传播过程,结果表明波高衰减程度与入射波波高、植物密度、植物拖曳力以及海岸坡陡均成正比。
【总页数】11页(P42-52)
【作者】张宸浩;张明亮;柴崇顼;王珏;王清夷
【作者单位】大连海洋大学海洋科技与环境学院;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TV139.2
【相关文献】
1.基于OpenFOAM的船舶与液舱流体晃荡在波浪中时域耦合运动的数值模拟
2.基于FLUENT的波浪与透空堤相互作用的数值模拟研究
3.基于one-fluid模型的波浪-浮体相互作用数值模拟研究
4.基于OpenFOAM几何流体体积方法的波浪数值模拟
5.基于OpenFOAM的礁坪上波浪底部切应力数值模拟研究
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基于OpenFOAM的充液航天器刚-液耦合仿真
基于OpenFOAM的充液航天器刚-液耦合仿真
宋志军;陈宗宇;吕敬;王天舒
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2022(34)8
【摘要】针对航天器姿态控制系统的设计需要,利用开源软件OpenFOAM搭建用于充液航天器刚-液耦合计算的仿真软件。
在动边界问题中,推导出非惯性系下的N-S方程,避免了传统CFD软件中动网格法所带来的大量网格转换计算,提高软件计算效率。
采用PIMPLE(pressure implicit with splitting of operators,semi-implicit method for pressure linked equations)算法搭建了晃动力求解模块,采用变步长龙格库塔法搭建了姿态运动模块,实现航天器的基于CFD方法的刚-液耦合仿真。
利用该软件对相关算例进行了数值仿真,其结果与基于等效力学模型的刚-液耦合程序以及商业软件的计算结果吻合良好。
【总页数】10页(P1789-1798)
【作者】宋志军;陈宗宇;吕敬;王天舒
【作者单位】北京航空航天大学航空科学与工程学院;清华大学航天航空学院【正文语种】中文
【中图分类】TP391;V412.42
【相关文献】
1.充液航天器大幅晃动耦合动力学建模仿真研究
2.基于SPH的充液刚体刚-液耦合动力学建模
3.带挠性轴太阳帆板充液航天器流-弹-刚耦合动力学研究
4.充液柔性
航天器刚-液-柔耦合动力学研究的凯恩方法5.液体大幅晃动情形的航天器刚液耦合动响应仿真分析
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基于OpenFOAM对某溢洪道挑流水动力特性的两相流数值研究
基于OpenFOAM对某溢洪道挑流水动力特性的两相流数值
研究
刘晗月;任春平;黄旭中
【期刊名称】《水电能源科学》
【年(卷),期】2024(42)1
【摘要】挑流消能中水舌在空中段及跌落到下游水垫塘的过程中,均存在明显的气液两相流特性,为更加深入探明该过程中的水动力特性,需构建更加先进的气液两相流数值模型。
运用CFD开源软件OpenFOAM构建两相流三维数值模型,通过挑流试验测得的水舌结果对该数值模型进行验证,结果表明数值模拟结果与试验结果吻合较好,同时通过数值研究发现κ-ωSST湍流模型优于κ-ε、κ-ω湍流模型。
将κ-ωSST湍流模型得到的数值模拟结果与已有挑流射程经验公式进行比较,结果表明κ-ωSST湍流模型比经验公式计算结果更接近试验结果。
最后,基于数值模拟结果分析射流作用下水垫塘的动水压力分布特征,发现塘底湍动能最大值位于距挑坎1.26L_(1)、1.23L_(2)、1.093L_(3)、1.001L_(4)处。
最大塘底压强位于距挑坎约0.91L3处,此处也是整个计算域流速最低的流速滞点。
研究结果可为挑流过程的相关研究提供参考。
【总页数】5页(P115-119)
【作者】刘晗月;任春平;黄旭中
【作者单位】太原理工大学水利科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TV651.1
【相关文献】
1.溢洪道挑流鼻坎水气二相流数值模拟研究
2.溢洪道挑流水舌形状数值模拟计算研究
3.溢洪道贴角斜挑坎挑流水舌水力特性研究
4.厌氧折流板反应器固-液两相流水力特性数值模拟研究
5.溢洪道挑流消能段水气两相流的数值模拟
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openfoam多相流湍流中的考虑变密度效应
openfoam多相流湍流中的考虑变密度效应在OpenFOAM 中处理多相流湍流时考虑变密度效应是很重要的，特别是在涉及密度差异较大的情况下，比如气液两相流或液体中含有气泡的情况。
变密度效应通常是通过考虑物质的压缩性来描述的，这涉及到密度随压力和温度的变化。
在OpenFOAM 中，可以通过以下方式考虑变密度效应：选择合适的流体模型：对于涉及变密度效应的多相流湍流模拟，需要选择适当的流体模型。
OpenFOAM 提供了不同的流体模型，包括不可压缩流体模型和可压缩流体模型。
对于密度变化较小的情况，可以选择不可压缩流体模型，如simpleFoam、pisoFoam 等。
但对于密度变化较大的情况，需要考虑使用可压缩流体模型，如compressibleInterFoam 等。
设置合适的边界条件：在模拟中，需要设置合适的边界条件，以考虑流体在不同边界处的变密度效应。
这可能涉及到设置压力、温度、速度等边界条件。
选择合适的物理模型：OpenFOAM 提供了多种物理模型来描述不同类型的多相流湍流，包括欧拉-拉格朗日方法、欧拉-欧拉方法等。
对于含有气泡或颗粒的流体，可以选择欧拉-欧拉方法，并考虑相互作用力、表面张力、湍流影响等因素。
设置合适的密度模型：在模拟中，需要选择适当的密度模型来描述流体的密度随压力和温度的变化。
常见的密度模型包括理想气体模型、多项式模型、查表模型等。
考虑热效应：在考虑变密度效应时，通常也需要考虑热效应，即流体密度随温度的变化。
在模拟中，需要设置合适的热传导模型和边界条件。
总的来说，考虑变密度效应的多相流湍流模拟在OpenFOAM 中需要综合考虑流体模型、边界条件、物理模型、密度模型和热效应等因素。
正确选择和设置这些参数可以更准确地模拟多相流体的行为，从而提高模拟结果的可靠性和准确性。
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２０１８年１１月水运工程Ｎｏｖ ２０１８第１１期㊀总第５４８期Ｐｏｒｔ＆Ｗａｔｅｒｗａｙ㊀ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＮｏ １１㊀ＳｅｒｉａｌＮｏ５４８基于ＯｐｅｎＦＯＡＭ的浅滩波浪破碎区气液两相流耦合模拟张陈浩１ꎬ郑㊀茜２(１ 中交天津港航勘察设计研究院有限公司ꎬ天津３００４６１ꎻ２ 天津大学仁爱学院ꎬ天津３０１６３６)摘要:基于ＯｐｅｎＦＯＡＭ开源工具箱ꎬ植入动量阻尼方程和规则波动网格边界ꎬ形成可靠的三维动网格气液两相流数值波浪水槽ꎬ在设置斜率为１ ６的斜坡平台上ꎬ模拟了波浪在近岸带浅滩破碎区的气液两相流破碎演化过程ꎮ数值模拟结果与试验值吻合较好ꎬ对波浪在浅滩破碎区发生的变形㊁坍塌㊁周围气体变化等情况模拟完整ꎬ可为波浪破碎机理研究提供较好的数据支撑ꎮ关键词:ＯｐｅｎＦｏａｍꎻ波浪破碎区ꎻ气液两相流ꎻ数值模拟中图分类号:ＴＶ１３９ ２＋５:Ｕ６５２文献标志码:Ａ文章编号:１００２￣４９７２(２０１８)１１￣００３８￣０５Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｇａｓ￣ｌｉｑｕｉｄｔｗｏ￣ｐｈａｓｅｆｌｏｗｃｏｕｐｌｉｎｇｉｎｗａｖｅｓｕｒｆｚｏｎｅｉｎｓｈａｌｌｏｗｗａｔｅｒｂａｓｅｄｏｎＯｐｅｎＦＯＡＭＺＨＡＮＧＣｈｅｎ￣ｈａｏ１ ＺＨＥＮＧＱｉａｎ２１ ＣＣＣＣＴｉａｎｊｉｎＰｏｒｔ＆ＷａｔｅｒｗａｙＰｒｏｓｐｅｃｔｉｏｎ＆ＤｅｓｉｇｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ. Ｌｔｄ. Ｔｉａｎｊｉｎ３００４６１ Ｃｈｉｎａ２ ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＲｅｎａｉＣｏｌｌｅｇｅ Ｔｉａｎｊｉｎ３０１６３６ ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＯｐｅｎＦＯＡＭ ｔｈｅｍｏｍｅｎｔｕｍｄａｍｐｉｎｇｅｑｕａｔｉｏｎａｎｄｒｅｇｕｌａｒｗａｖｅｇｒｉｄｂｏｕｎｄａｒｙａｒｅｉｍｐｌａｎｔｅｄｔｏｆｏｒｍａｒｅｌｉａｂｌｅｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｖｉｎｇｇｒｉｄｇａｓ￣ｌｉｑｕｉｄｔｗｏ￣ｐｈａｓｅｆｌｏｗｎｕｍｅｒｉｃａｌｗａｖｅｆｌｕｍｅ.Ｏｎｔｈｅｓｌｏｐｅｐｌａｔｆｏｒｍｗｉｔｈａｓｌｏｐｅｏｆ１ ６ ｔｈｅｇａｓ￣ｌｉｑｕｉｄｔｗｏ￣ｐｈａｓｅｆｌｏｗｂｒｅａｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｗａｖｅｓｉｎｔｈｅｃｏａｓｔａｌｓｈａｌｌｏｗｂａｎｋｓｕｒｆｚｏｎｅｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄ.Ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｕｅｓ ａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗａｖｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｌｌａｐｓｅａｎｄａｍｂｉｅｎｔｇａｓｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｈｅｓｈａｌｌｏｗｂｅａｃｈｃｒｕｓｈｉｎｇａｒｅａｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅ ｗｈｉｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｇｏｏｄｄａｔａｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｗａｖｅｃｒｕｓｈｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ＯｐｅｎＦｏａｍ ｗａｖｅｓｕｒｆｚｏｎｅ ｇａｓ￣ｌｉｑｕｉｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ收稿日期:２０１８￣０３￣１５作者简介:张陈浩(１９８７ )ꎬ男ꎬ工程师ꎬ从事港口航道工程设计研究工作ꎮ㊀㊀近岸浅滩是波浪破碎的主要区域ꎬ波浪破碎区的水动力特性直接影响着泥沙输移和海床演变ꎬ是海岸研究中最为关键的问题之一ꎮ同时ꎬ近岸带起着重要的生态隔离和缓冲功能ꎬ我国近年对海岸线的生态保护和修复尤为重视ꎬ而波浪破碎对生物生存空间和近岸水工建筑物的影响十分明显ꎬ因此对其复杂自然过程的研究非常必要ꎮ许多学者利用实验室观测和数值模拟研究了波浪破碎带的输移特性ꎮ基于Ｂｏｕｓｓｉｎｅｑ方程或浅水方程的数值模拟常常被用于描述波浪破碎区的流场情况和紊流特性 １ ꎮ蒋昌波等 ２ 利用平均雷诺数的Ｎａｖｉｅｒ￣Ｓｔｏｋｅｓ(ＲＡＮＳ)方程模拟了近岸冲泻区的波浪破碎㊁增减水的动力特性ꎮ李玉成等 ３ 利用边界元法直接求解Ｌａｐｌａｃｅ方程ꎬ模拟了斜坡上规则波的传播与变形特性ꎮ本文基于ＣＦＤ开源工具箱ＯｐｅｎＦＯＡＭꎬ利用Ｎａｖｉｅｒ￣Ｓｔｏｋｅｓ(ＲＡＮＳ)方程建立基于动网格的二维数值波浪水槽ꎬ对波浪通过斜坡平台的传播特性进行了数值模拟ꎬ详细分析了平台上破碎区内流场结构和运动变化特征ꎮ１㊀计算方法１ １㊀控制方程有些学者在建立数值波浪水槽时通常采用入㊀第１１期张陈浩ꎬ等:基于ＯｐｅｎＦＯＡＭ的浅滩波浪破碎区气液两相流耦合模拟口水流速度周期性变化来模拟波浪的输入 ４￣８ ꎮ然而已有研究发现 ９￣１０ ꎬ入口水流的周期性变化导致边界质量不守恒ꎬ随着时间的增长水槽内的波面被整体抬高ꎬ计算时长一旦过长会影响数值水槽的计算准确性ꎮ基于ＣＦＤ的开源工具箱ＯｐｅｎＦＯＡＭ近年来逐渐被广泛应用于流体计算中ꎬ其开源的应用方式吸引有关学者定制或移植相应模块用作各方面的研究ꎮ本文将规则波方程移植入ＯｐｅｎＦＯＡＭ动网格类边界中ꎬ并将控制方程中加入阻尼单元ꎬ建立了基于动网格推板造波的气液两相流三维数值波浪水槽ꎮ该数值模型基于Ｎａｖｉｅｒ￣Ｓｔｏｋｅｓ(ＲＡＮＳ)的气液两相流方程ꎬ其控制方程如下:∂(ρα)∂ｔ＋Ñ (Ｕα)＋Ñ α(１－α)Ｕｃ[]＝０(１)Ñ Ｕ＝０(２)∂(ρＵ)∂ｔ＋Ñ (ρＵＵ)＋ρθＵ＝－Ñｐ＋ρｇ＋ʏσκᶄδ(ｘ－ｘᶄ)ｄＳ(３)式中:ｔ为时长ꎻρ为流场密度ꎻα为控制气体与液体的体积分数ꎻＵ为速度矢量ꎻＵｃ与速度具有相同维度ꎻρθｕ为阻尼项ꎬθ为阻尼系数ꎮ式(３)最后一项用于描述液体表面张力ꎮ１ ２㊀模型边界与初始条件设置假设水体为牛顿流体ꎬ则ｘ㊁z 存在速度的势守恒:∂２ϕ∂２ｘ＋∂２ϕ∂２z＝０(４)设计ＰｉｓｔｏｎｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ边界做正弦运动ꎬ则其产生的水平最大位移量为Ｌ(z )ꎬ频率为σꎬ则其水平位移函数为:ｘ＝Ｌ(z )２ｓｉｎ(σｔ)(５)㊀㊀采用阻尼消波将水槽尾端的反射波全波吸收ꎬ基于分离变量法进行拉普拉斯分解:Ａｐ＝－ʏ０－ｈＬ(z )２σｃｏｓｈｋｐ(ｈ＋z )[]ｄz ｋｐʏ０－ｈｃｏｓｈ２ｋｐ(ｈ＋z )[]ｄz(６)Ｃｍ＝ʏ０－ｈＬ(z )２σｃｏｓ[ｋｍ(ｍ)(ｈ＋z )]ｄz ｋｍ(ｍ)ʏ０－ｈｃｏｓ２[ｋｐ(ｈ＋z )]ｄz(７)对于推板造波ꎬ其位移函数有Ｌ(z )＝Ｌ(８)ＨＬ＝２ｃｏｓｈ(２ｋｐｈ－１)ｓｉｎｈ(２ｋｐｈ＋２ｋｐｈ)(９)式中:ｋｈ为相对水深ꎻＬ为推板水平位移ꎻＨ为波浪高度ꎻｋ为波数ꎮ在水槽尾端设置阻尼消波ꎬ将一定范围内的波浪消除ꎬ即:㊀∂ρｕ∂ｔ＋Ñ (ρｕｕ)－Ñ μÑｕ＋ρθｕ＝ρｇ－Ñρ－ｆσ(１０)θ＝ｘ－ｘ０ｘ１－ｘ０θ１㊀㊀(ｘ０＜ｘ＜ｘ１)０(０＜ｘ＜ｘ０)ìîíïïïï(１１)式中:ｘ０为波浪阻尼区水平起始坐标ꎻρθｕ为阻尼项ꎻθ为阻尼系数ꎮ２㊀模型验证验证水槽的长度为３０ｍꎬ宽度为０ ８ｍꎬ高度为１ ０ｍꎬ纵向网格单元为３０个ꎬ横向网格单元为１５００个ꎮ图１为距离推板造波边界１０ｍ处的波面变化时间序列ꎬ结果显示与理论值无较大偏差ꎮ图２为ｔ＝１７ ５ｓ时刻水槽纵断面的波面曲线ꎮ水槽尾端２８~３０ｍ处的阻尼区域对波浪消除效果明显ꎬ波浪无反射ꎮ图１㊀距离造波板ｘ＝１０ｍ处波面时间序列９３水运工程２０１８年㊀图２㊀ｔ＝１７ ５ｓ时水槽内波面曲线３㊀计算工况针对波浪在浅滩破碎变形计算ꎬ本文设置数值水槽长度为１７ １ｍꎬ宽度为０ ８ｍꎬ高度为０ ７ｍꎬ网格单元总量为１００万个ꎬ数值模型设置见图３ꎮ图３㊀数值模型设置㊀㊀使用的造波边界为ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ类边界所派生的ＰｉｓｔｏｎｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ类边界ꎬ用以模拟推板造波ꎬ消波方式为阻尼消波ꎬ消波区域为水槽尾端５ｍ的范围内ꎮ造波波高为０ ０２４ｍꎬ波浪周期为１ ２５ｓꎬ水深为０ ４ｍꎮ为保证计算精度ꎬ本模型设置Ｃｏｕｒａｎｔ数为０ ２以下ꎬ计算时间最小间隔为０ ００１ｓꎬ自适应时间步长下的结果文件输出间隔为０ ０５ｓꎮ４㊀浅滩波浪破碎特性分析在与数值模型同等工况下ꎬ设置相应的物理试验模型(图４)ꎬ基于粒子图像测速技术ＰＩＶ(ｐａｒｔｉｃｌｅｉｍａｇｅｖｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ)采集波浪破碎区的流场特性ꎮ波浪破碎区范围ＰＩＶ数据采集ＣＣＤ的采集窗口的范围ꎬ本物理试验将ＰＩＶ设置在可移动且精度达到２ｍｍ的定制移动采集架上ꎬ采集多窗口流场并叠加和重构ꎬ进而得到完整破碎区流场数据ꎮ图４㊀物理试验模型设置(单位:ｍ)㊀㊀图５为波面历时曲线模拟与试验对比ꎮ图５ａ)显示了距离造波板５ｍ处的波浪历时曲线ꎬ此处曲线完整稳定ꎬ入射波模拟准确ꎮ波浪破碎从距离造波板１２ ３５ｍ处开始发生ꎬ数值模拟的结果与ＰＩＶ试验ＦＯＶ１窗口波高传感器所记录的波高曲线对比显示波浪变形严重ꎬ对称性较差ꎬ波峰尖锐ꎬ波谷坦化变形ꎬ趋势吻合ꎮｘ＝１２ ５ｍ处波浪历时曲线对应ＰＩＶ试验ＦＯＶ２窗口ꎬ波浪破碎导致势能的减少ꎬ波峰削减二次变形ꎬ次峰显著增多ꎬ波形左侧陡而右侧缓ꎮ数模与物模二者吻合ꎬ表明该模型对波浪破碎区波浪的变形模拟较为准确ꎮ图６显示了距离造波板１２ ０~１３ ０ｍ区域在１４ ６５~１４ ８５ｓ时长内波浪破碎区的流场分布ꎬ液体的自由表面为深色ꎬ自由表面以下区域为液体ꎬ图５㊀波面历时曲线模拟与试验对比０４㊀第１１期张陈浩ꎬ等:基于ＯｐｅｎＦＯＡＭ的浅滩波浪破碎区气液两相流耦合模拟以上区域为气体ꎮ可以看出ꎬ当ｔ＝１４ ６５ｓ时ꎬｘ＝１２ ２５ｍ处波浪水舌出现部分坍塌ꎬ水体流速达２ｍ∕ｓ以上ꎬ总体方向向右ꎬ水体下部向上涌动ꎬ内部出现半圆形的漩涡ꎻ在ｘ为１２ ４~１２ ４６ｍ处的水体内部有马蹄形漩涡ꎬ分析是前一个周期的波浪在此处破碎导致气体被卷入水体内部ꎮ当ｔ＝１２ ７ｓ时水舌坍塌ꎬ气体漩涡随水体向前移动ꎬｘ＝１２ ２５ｍ处气体漩涡扩散成数个小漩涡ꎻ当ｔ＝１２ ７５ｓ时ꎬ波浪发生卷破ꎬ水舌与水体接触碰撞ꎬ坍塌明显并导致次波ꎻ当ｔ＝１２ ８ｓ时ꎬ波浪整体坍塌冲击水体至内部ꎬ水舌发生翻滚混乱导致出现数个漩涡ꎻ当ｔ＝１２ ８５ｓ时ꎬ波浪运动至ｘ＝１２ ４ｍ处ꎬ部分水舌冲击水体表面后跃起形成二次波ꎬｘ＝１２ ４ｍ处漩涡随着波浪与水体的进一步冲击作用ꎬ水体内部被卷入大量气泡ꎬ气泡周围存在着大量的漩涡ꎬ气体中原本较为集中的漩涡发生扩散ꎬ形成数个小涡ꎬ波浪破碎导致总能减少ꎬ气体流速降低ꎮ１４水运工程２０１８年㊀图６㊀浅滩波浪破碎过程的气液两相流模拟流场分布５ 结论１)本文基于ＯｐｅｎＦＯＡＭ的开源工具箱ꎬ将Ｎａｖｉｅｒ￣Ｓｔｏｋｅｓ(ＲＡＮＳ)加入动量阻尼方程形成阻尼消波边界ꎬ将规则波推板方程植入动网格边界形成推板造波边界ꎬ设置斜率为１ ６的斜坡平台ꎬ模拟了波浪在近岸带浅滩破碎区的气液两相流破碎演化过程ꎮ２)数值模型所计算得出的波面历时曲线与理论值对比吻合较好ꎬ水槽尾端波浪削减效果明显ꎮ对波浪在斜坡平台上的破碎模拟与ＰＩＶ模型试验所记录的波面历时曲线显示的波浪变形㊁坍塌情况对比较为吻合ꎮ３)波浪破碎流场的数值模拟结果显示波浪在卷破和坍塌过程中内部漩涡扩散明显ꎬ水舌周围气体产生漩涡并被卷入水体内部ꎬ模型结果完整体现波浪破碎的整体过程ꎬ对波浪破碎机理研究提供较好的数据支撑ꎮ参考文献:１ ㊀连怡贞.近岸波浪变形数值模拟及破波带沿岸流计算 Ｄ .天津天津大学２００７.２ ㊀蒋昌波曹永港陈杰等.斜坡上梯形潜堤附近流动结构的数值研究 Ｊ .水动力学研究与进展Ａ辑２００９２４ ３ ２８６￣２９５. ３ ㊀李玉成崔丽芳于洋等.平缓岸滩上规则波的破碎条件 Ｊ .大连理工大学学报１９９９ ３９ ２ ３０２￣３０８.４ ㊀费建华沈英.斜坡平台地形上波浪沿程变化的数值分析 Ｊ .水运工程２００８ １２ １８￣２０.５ ㊀李玉成于洋崔丽芳等.平缓岸坡上波浪破碎的实验研究 Ｊ .海洋通报２０００ １ １０￣１８.６ ㊀游涛.波浪在斜坡上的传播破碎及沿岸流研究 Ｄ .天津天津大学２００４.７ ㊀肖辉.波浪在缓坡上的变形及破碎 Ｄ .大连大连理工大学２００６.８ ㊀陈杰蒋昌波隆院男等.基于分层Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程的波浪通过斜坡上潜堤传播变形 Ｊ .长沙理工大学学报自然科学版２００９ ６ ３ ４０￣４６.９ ㊀李宏伟.数值水池造波方法研究 Ｄ .哈尔滨哈尔滨工程大学２００９.１０ ㊀张婷张庆河韩涛.数值波浪水槽中的斜坡式孔隙结构规则波消波研究 Ｊ .广东水利水电２０１０ １０ ４３￣４６. １１ ㊀ＬＩＴ ＴＲＯＣＨＰ ＲＯＵＣＫＪＤ.ＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓｏｆｂｒｅａｋｉｎｇｃｅｌｌｓＪ .Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｐｈｙｓｉｃｓ ２００６ ２２３８６５￣８９７.１２ ㊀ＪＡＳＡＫＨ ＧＯＳＭＡＮＡＤ.Ａｕｔｏｍａｔｉｃｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｔｈｅｆｉｎｉｔｅｖｏｌｕｍｅｍｅｔｈｏｄ ｐａｒｔ２ ＡｄａｐｔｉｖｅｍｅｓｈｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔＪ .ＮｕｍｅｒｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒＢ ２０００ ３８３２５７￣２７２.(本文编辑㊀武亚庆)２４。