基于FLUENT二次开发的数值波浪水槽
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波 浪 水 槽 时发 展 了一 种 基 于 解 析 造 波 方 法 的 数 值 造 波 一 波 消 技术 。 本 文基 于 Ｆ ＵＥＮ Ｌ Ｔ软 件 ，以不 可 压缩 黏 『 生流体 的 Ｎ— 方 Ｓ 程 为 控 制 方程 ，从造 波 、 消 波 角度 出发 ，由连 续性 方程 和 动量 方程 推 导 出源 函 数 ，利 用软 件 的二 次开 发 为 Ｆ ＵＥ Ｔ 添 加 了 Ｌ Ｎ 造波一 消波 模 块 ，在 对 水槽 进 行造 波 、消 波实 验 后 ，结果 表 明 本 文 所 建 立 的数 值 波 浪水 槽 分别 实 现 了造波 、水 槽末 端 消 波 以水 槽 前 端 消波 ，为波 浪 与建 筑 物 的作 用等 研 究工 作奠 定 了基 础 。
利 用 软 件 的二 次 开 发 为 数 值 波 浪水 槽 添 加造 波 、 消 波 模 块 ，在 模 拟 水 槽 造 波 的基 础 上 ，分 别 验 证 了水 槽 末 端 以及 造 波 端 消 波 的 有 效 性 ，通 过 与 以往 造 波 、消 波 方 法 相 对 比 ，表 明本 文 基 于 Ｆ ＵＥ Ｌ ＮＴ软 件 建 立 的造 波 、消 波 功 能 的数 值 波 浪 水 槽 具 有 高 效 性 和 精 确 性 ，为 波 浪 与 建 筑 物 作 用 的后 续研 究工 作 奠 定 了基 础 。 关 键 词 ：Ｆ ＵＥ Ｌ ＮＴ；源 函 数 ；二 次 开 发 ；数 值 水 槽 中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｉ ９ ２ Ｖ ３ ． 文献标识码：Ａ 文 章编 号 ： １０ — ９ ３ （ ０ ２ ５ ０ ５ — ３ ０ ６ ７ ７ ２ １ ）０ — ０ ９ ０
数 值 波 浪 水 槽 如 图 １所 示 ，从 左 至 右 依 次 为造 波 区 、前 端 消 波 区、工 作 区 以及 末 端 消 波 区等 功 能 设 置 区 ， 下 标 、 以 ， 、 分 别代 表 离 散值 、来 波 值 和 计 算 值 ，下 Ｘ 和 Ｘ ａ 、 ｍ ｍｘ
分别为各区域左边和右边坐标值。ｃ （） ＝ｃ 为与空间位置有
第 １ ２卷 第 ５期
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中 国
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Ｎｏ ５ ２ ２ ０１
５月
Ｃｈｉ ａ ｎ Ｗａ ｔｅｒ Ｔｒ ａｎｓ ｏｒ ｐ ｔ
基于 Ｆ Ｕ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ二次开发 的数值波 浪水槽
杨 锦 凌 ，孙 大 鹏
（ 连 理 工 大 学 海 岸 和 近 海 Ｚ 程 国家 重 点实 验 室 ，辽 宁 大连 １ ６ ２ ） 大 － １ ０ ３ 摘 要 ：文 中基 于 Ｆ ＵＥ Ｔ［ 台 ，采 用 ＶＯＦ法 和 Ｒ 一 湍 流 模 型 ， 由连 续 性 方 程 和 动 量 方 程 推 导 出 源 函 数 ， Ｌ Ｎ １ １ 平 ＮＧ ｋ
关 的 光 滑 过 渡 的函 数 ，则 ：
在造波区 ：Ｕ ｃ ，； ＝ ｃ ； Ｐ ｃｌ ｍ Ｐ。
其 中 ［… ＝ 【］ ＝１ ｃ ］ ０Ｉ ｃ ～ 在前端消波区 ： ＝ ， （一 ） ＋ １ ｃ ；Ｖ ｍ＝Ｃ ｙ １ ） ； ｒ ＋（一ｃ
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（ ３ ）
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式 中 ： 为 方 向速 度 ， １为 方 向速 度 ， ， 性系数 ， ｇ为重力加速度 ， ｐ 为压强 ， 和 分 别 是 ｘ Ｙ方 向 的 附加 动 量 源 项 。 和
内设 置 一 造 波 源 ，其 源 项 等 于 生 成 波 （ 微 幅波 ）相 应 的 水 如 平 速 度 ， 分 别 向源 区域 两 边 同 时 产 生 方 向相 反 的 两列 波 ，并 且 源 项 处 可 同 时 透 过 波 浪 遇 建 筑 物 形 成 的 反 射 波 ， 王 永 学 （ ９ ４ ｌ 于 线 性 造 波 机 理 论 ，在 二 维数 值 波 浪水 槽 左 端 １９ ）３ Ｊ 基 设 置 了适 合 ＶＯＦ方 法 的 可 吸 收 式 数 值 造 波 机 边 界 条 件 ， 除 消 了二 次 反 射 波 ，进 而 提 高 了计 算 效 率 ，Ｌｎ ＆ Ｌｕ （ ９ ９ ｉ ｉ １９ ） 将 矩 形 区 域 内分 布 的 质 量 源 项 添 加 在 连 续 性 方 程 中 ，模 拟 了规 则 波 （ 括 线 性 波 、Ｓ ｏ ｅ 包 ｔ ｋ ｓ波 、孤立 波 等 ）及 不 规 则 波 ， 刘 加 海 等 （ ０ ４ ｆ 于 物 理 水 槽 造 波 原 理 ，通 过 设 定造 波 ２ ０ ）５ 】 基 板 边 界 的 运 动 模 拟 了二 维 规 则 波 的造 波 ，梁 修 锋 等 （ ０ ７ ２ ０） 建 立 了基 于 纯 推 边 界 造 波 和 动 量 源 消 波 的数 值 波 浪 水 池 ， 对 规 则 波 下 固定 Ｆ Ｓ 的 甲板 上 浪 进 行 了数 值 模 拟 ，王 本 龙 Ｐ Ｏ
在 近海工程对波浪 的研 究中 ，波浪水槽 是进 行实验室研
究 的 主 要 设 备 ，其 具 有 费 用 低 、 减 小 比尺 效 应 以 及 减 小 物 模 实 验 中 传 感 器 受 流 场 影 响 等 优 点 ，并 且 近 些 年 来 伴 随 着 计 算 机 的 发 展 和 应 用 ，建 立 能 够 达 到 研 究 需 要 的数 值 波 浪 水 槽 已 成 为 各 国 学 者 研 究 的热 点 。在 建 立 数 值 波 浪 水 槽 的 过 程 中 ， 其 中 最 为 关 键 的是 造 波 与 消 波技 术 ， 国 内外 学 者 对 数 值 波 浪 水 槽 的造 波 、 消波 的开 发 已经 进 行 了大 量 的研 究 工 作 。
其中 ［］ ＝０ ［］ ｃ 埘 ｃ
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和刘桦 （ ０ ５ １ ２ ０ ）Ｉ在建立基于高 阶 Ｂｏ ｓ ｉ ｓ ｕ ｓｎｅ ｑ方程 的数值
波 浪 水 槽 时发 展 了一 种 基 于 解 析 造 波 方 法 的 数 值 造 波 一 波 消 技术 。 本 文基 于 Ｆ ＵＥＮ Ｌ Ｔ软 件 ，以不 可 压缩 黏 『 生流体 的 Ｎ— 方 Ｓ 程 为 控 制 方程 ，从造 波 、 消 波 角度 出发 ，由连 续性 方程 和 动量 方程 推 导 出源 函 数 ，利 用软 件 的二 次开 发 为 Ｆ ＵＥ Ｔ 添 加 了 Ｌ Ｎ 造波一 消波 模 块 ，在 对 水槽 进 行造 波 、消 波实 验 后 ，结果 表 明 本 文 所 建 立 的数 值 波 浪水 槽 分别 实 现 了造波 、水 槽末 端 消 波 以水 槽 前 端 消波 ，为波 浪 与建 筑 物 的作 用等 研 究工 作奠 定 了基 础 。
利 用 软 件 的二 次 开 发 为 数 值 波 浪水 槽 添 加造 波 、 消 波 模 块 ，在 模 拟 水 槽 造 波 的基 础 上 ，分 别 验 证 了水 槽 末 端 以及 造 波 端 消 波 的 有 效 性 ，通 过 与 以往 造 波 、消 波 方 法 相 对 比 ，表 明本 文 基 于 Ｆ ＵＥ Ｌ ＮＴ软 件 建 立 的造 波 、消 波 功 能 的数 值 波 浪 水 槽 具 有 高 效 性 和 精 确 性 ，为 波 浪 与 建 筑 物 作 用 的后 续研 究工 作 奠 定 了基 础 。 关 键 词 ：Ｆ ＵＥ Ｌ ＮＴ；源 函 数 ；二 次 开 发 ；数 值 水 槽 中 图 分 类 号 ：Ｔ Ｉ ９ ２ Ｖ ３ ． 文献标识码：Ａ 文 章编 号 ： １０ — ９ ３ （ ０ ２ ５ ０ ５ — ３ ０ ６ ７ ７ ２ １ ）０ — ０ ９ ０
数 值 波 浪 水 槽 如 图 １所 示 ，从 左 至 右 依 次 为造 波 区 、前 端 消 波 区、工 作 区 以及 末 端 消 波 区等 功 能 设 置 区 ， 下 标 、 以 ， 、 分 别代 表 离 散值 、来 波 值 和 计 算 值 ，下 Ｘ 和 Ｘ ａ 、 ｍ ｍｘ
分别为各区域左边和右边坐标值。ｃ （） ＝ｃ 为与空间位置有
第 １ ２卷 第 ５期
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Ｎｏ ５ ２ ２ ０１
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Ｃｈｉ ａ ｎ Ｗａ ｔｅｒ Ｔｒ ａｎｓ ｏｒ ｐ ｔ
基于 Ｆ Ｕ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ二次开发 的数值波 浪水槽
杨 锦 凌 ，孙 大 鹏
（ 连 理 工 大 学 海 岸 和 近 海 Ｚ 程 国家 重 点实 验 室 ，辽 宁 大连 １ ６ ２ ） 大 － １ ０ ３ 摘 要 ：文 中基 于 Ｆ ＵＥ Ｔ［ 台 ，采 用 ＶＯＦ法 和 Ｒ 一 湍 流 模 型 ， 由连 续 性 方 程 和 动 量 方 程 推 导 出 源 函 数 ， Ｌ Ｎ １ １ 平 ＮＧ ｋ
关 的 光 滑 过 渡 的函 数 ，则 ：
在造波区 ：Ｕ ｃ ，； ＝ ｃ ； Ｐ ｃｌ ｍ Ｐ。
其 中 ［… ＝ 【］ ＝１ ｃ ］ ０Ｉ ｃ ～ 在前端消波区 ： ＝ ， （一 ） ＋ １ ｃ ；Ｖ ｍ＝Ｃ ｙ １ ） ； ｒ ＋（一ｃ
Ｐ ｃ ｊ １ ｃｐ 。 ＝ ｐ ＋（一 ）
Ｂｒ ｒ ｅ ＆ Ｌ ｒ ｅ （ ８ ） Ｉ 于 源 造 波 理论 ，在 计 算 域 ｏｓｎ ａｓｎ １ ７ ２ ９ 】 基
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（ ３ ）
为动力粘
式 中 ： 为 方 向速 度 ， １为 方 向速 度 ， ， 性系数 ， ｇ为重力加速度 ， ｐ 为压强 ， 和 分 别 是 ｘ Ｙ方 向 的 附加 动 量 源 项 。 和
内设 置 一 造 波 源 ，其 源 项 等 于 生 成 波 （ 微 幅波 ）相 应 的 水 如 平 速 度 ， 分 别 向源 区域 两 边 同 时 产 生 方 向相 反 的 两列 波 ，并 且 源 项 处 可 同 时 透 过 波 浪 遇 建 筑 物 形 成 的 反 射 波 ， 王 永 学 （ ９ ４ ｌ 于 线 性 造 波 机 理 论 ，在 二 维数 值 波 浪水 槽 左 端 １９ ）３ Ｊ 基 设 置 了适 合 ＶＯＦ方 法 的 可 吸 收 式 数 值 造 波 机 边 界 条 件 ， 除 消 了二 次 反 射 波 ，进 而 提 高 了计 算 效 率 ，Ｌｎ ＆ Ｌｕ （ ９ ９ ｉ ｉ １９ ） 将 矩 形 区 域 内分 布 的 质 量 源 项 添 加 在 连 续 性 方 程 中 ，模 拟 了规 则 波 （ 括 线 性 波 、Ｓ ｏ ｅ 包 ｔ ｋ ｓ波 、孤立 波 等 ）及 不 规 则 波 ， 刘 加 海 等 （ ０ ４ ｆ 于 物 理 水 槽 造 波 原 理 ，通 过 设 定造 波 ２ ０ ）５ 】 基 板 边 界 的 运 动 模 拟 了二 维 规 则 波 的造 波 ，梁 修 锋 等 （ ０ ７ ２ ０） 建 立 了基 于 纯 推 边 界 造 波 和 动 量 源 消 波 的数 值 波 浪 水 池 ， 对 规 则 波 下 固定 Ｆ Ｓ 的 甲板 上 浪 进 行 了数 值 模 拟 ，王 本 龙 Ｐ Ｏ
在 近海工程对波浪 的研 究中 ，波浪水槽 是进 行实验室研
究 的 主 要 设 备 ，其 具 有 费 用 低 、 减 小 比尺 效 应 以 及 减 小 物 模 实 验 中 传 感 器 受 流 场 影 响 等 优 点 ，并 且 近 些 年 来 伴 随 着 计 算 机 的 发 展 和 应 用 ，建 立 能 够 达 到 研 究 需 要 的数 值 波 浪 水 槽 已 成 为 各 国 学 者 研 究 的热 点 。在 建 立 数 值 波 浪 水 槽 的 过 程 中 ， 其 中 最 为 关 键 的是 造 波 与 消 波技 术 ， 国 内外 学 者 对 数 值 波 浪 水 槽 的造 波 、 消波 的开 发 已经 进 行 了大 量 的研 究 工 作 。