黏性数值波浪水槽动边界造波技术研究
2021-03-12 15:33:12蒋学炼杨伟超谷汉斌朱福明
天津城建大学学报
2021年1期
蒋学炼，赵 悦，杨伟超，谷汉斌，朱福明
（1.天津城建大学 天津市土木建筑结构防护与加固重点实验室，天津300384；2.宁波大学 土木与环境工程学院，浙江 宁波315211；3.天津市北洋水运水利勘察设计研究院有限公司 水运设计室，天津300452）
随着计算流体力学的发展，数值波浪水槽在海岸及近海工程的研究中得到广泛应用，其关键要求之一是数值造波的稳定性和可靠性.常用的数值造波技术包括边界造波和源函数造波.边界造波即根据目标波形指定波浪水槽入流边界的速度和波面的时间历程[1]，这一方法存在两个问题：一是水槽出流边界或域内建筑物会反射入射波，在造波边界形成二次反射，目前所提出的辐射边界方法只适用于小振幅弱反射波，长时间模拟存在误差累积问题[2]；二是在有限水深中波浪的非线性会导致周期平均净质量流，长时间模拟后会出现计算域总水体体积减小、水位下降问题[3].源函数造波是在流体连续性方程右端增加质量源项，各种波形的质量源项可根据波面方程积分得到，由于入射波和反射波分别从左右边界流出，可有效消除二次反射问题，但相对波高较大时存在波形不稳定的问题[4].
本文模仿物理模型水槽的推板造波方法，设置数值波浪水槽的一端边界为刚性推板，以其运动为扰动源驱使计算域内的水体运动，形成所需的波形.以下各节将分别介绍数值波浪水槽、造波理论和多种波形的实现方法.
