[发明专利]一种计算波浪与不规则结构物相互作用的方法

摘要

本发明公开了一种计算波浪与不规则结构物相互作用的方法，其特点是：该方法是基于雷诺时均N‑S方程组模拟粘性波动流体，利用湍流模型封闭N‑S方程组，作为计算方法的控制方程；通过SIMPLE算法迭代调整压力，使得内部流体单元满足连续方程，自由表面单元满足自由表面动力边界条件，同时调整速度场；同传统的计算波浪与不规则结构物相互作用的方法相比较，本发明基于考虑流体粘性的N‑S方程、采用矩形网格划分计算区域，具有数值结果更符合物理实际的优点。

主权项

1.一种计算波浪与不规则结构物相互作用的方法，其特征在于，包括以下步骤：a根据设计的数值水槽尺寸和不规则结构物所在位置，生成计算区域的网格；所述的网格由网格单元组成，包括空网格单元、内部流体网格单元和近壁区流体网格单元；b对计算区域的流场，设置初始条件；所述的初始条件包括速度和压强的初始值；初始条件指的是计算域内所有网格点上的速度均设置为零，全域的压强值按静水压强分布设置；c基于雷诺时均N‑S方程组模拟粘性波动流体，利用湍流模型封闭N‑S方程组，作为计算方法的控制方程；所述的雷诺时均N‑S方程组包括动量方程和连续方程；d利用有限差分法对控制方程进行离散；所述的有限差分法的差分网格采用交错网格；e设置计算区域的边界条件，所述的边界条件包括造波边界条件、开边界条件、数值水槽上下边界条件；f将设定速度和压强的初始值代入动量方程，求出计算区域新时刻速度场的近似解；g通过SIMPLE算法迭代调整压力，使得内部流体网格单元满足连续方程，自由表面单元满足自由表面动力边界条件，同时调整速度场；h利用壁函数技术计算近壁区流体网格单元的紊动动能k和紊动耗散率ε；i利用上一时刻的流体体积函数F值和已知的速度场，求出新时刻的F值，据此确定流体自由表面的位置；j利用虚拟边界力法模拟波浪与不规则结构物之间的相互作用；k进行数值稳定条件和收敛条件的判断，满足条件则输出压力场和速度场的结果；l重复上述e至k步骤所述过程，直至计算时间达到程序所设定的总时间。