[发明专利]水上飞机波浪水面起降水气两相流数值仿真方法

权利要求书

1.一种水上飞机波浪水面起降水气两相流数值仿真方法，其特征在于包括以下步骤：

1)计算域网格划分策略：针对复杂的自由液面情况，将整个流场计算域做多区域多等级处理，即把计算域划分为多个网格加密区域，不同加密区域依据当地流场特征采用不同的网格加密尺寸；

2)运用整体动网格法处理物体和计算域网格非定常运动，并将速度入口造波边界条件施加在计算域的入口边界，具体施加方法如下：

2.1)确定自由液面的波面方程：

式中，h为波高，k为波数，ω为圆频率，t为时刻；

2.2)给出波浪在传播方向和垂直方向的速度函数u和w：

式中，d为水深，x和z为空间坐标；

2.3)计算水面以下压力场函数p：

2.4)对各边界施加相体积分数函数，以波面方程为判断准则，流场网格垂向坐标大于波面方程的区域指定为空气相，反之，则为水相；

2.5)对速度入口边界施加波浪速度函数u和w，对压力出口边界施加压力场函数p，至此，边界条件的函数施加得以完成；

3)流场域初始化：将关于空间坐标的初始速度场函数和压力场函数施加在流场域，形成初始化波浪流场，公式(1)、(2)、(3)中增加初始相位项调整计算域波浪沿传播方向的相位移；增加z₀项，用于调整波浪平衡位置的垂向位移，得到如下公式：

对流场域内网格施加相体积分数函数，以此时的波面方程为判断准则，网格垂向坐标大于波面方程的区域指定为空气，反之，则为水；对波浪水面以下区域再施加波浪速度函数以及压力场函数；波浪水平速度在波峰和波谷处数值最大且方向相反，波峰处速度与波浪传播方向相同；波浪垂向速度在迎波和背波区取得最大值且方向相反，迎波区速度与重力加速度方向相反，至此，流场域初始化完成。

2.根据权利要求1所述的水上飞机波浪水面起降水气两相流数值仿真方法，其特征在于：步骤1)所述的计算域网格划分策略各加密区域采用不同形状，整个计算域内的网格均采用笛卡尔网格，飞机近场区域采用长方体，飞机前部和尾部区域采用类扇形体，其它区域按常规边界网格尺寸进行划分。

3.根据权利要求2所述的水上飞机波浪水面起降水气两相流数值仿真方法，其特征在于：飞机近场区域网格加密等级最高，除了需要考虑附面层网格和流场物理量变化剧烈的空间网格之外，该区域内其余网格尺寸依据波浪参数指定，单个波长方向布置80个网格，单个波高方向布置20个网格；飞机前部类扇形体的扇形的角度根据飞机的运动俯仰角范围得到，此区域网格尺寸同样依据波浪参数指定；飞机尾部类扇形体的扇形角度相比于飞机前部类扇形体的扇形角度偏小，该区域网格布置调疏，单个波长方向网格不多于80个，单个波高方向网格不多于20个。