In the current study,the treatment of air/water interface has been made on dam-break induced tsunami-like wave by the Coupled Level Set and Volume of Fluid(CLSVOF)three-dimensional modelling.The overall CLSVOF method ...In the current study,the treatment of air/water interface has been made on dam-break induced tsunami-like wave by the Coupled Level Set and Volume of Fluid(CLSVOF)three-dimensional modelling.The overall CLSVOF method adopts a Tangent of Hy-perbola for INterface Capturing(THINC)scheme with the Weighted Linear Interface Calculation(WLIC)and Level Set(LS)function for capturing interface and calculating normal vector,respectively.As far as THINC/WLIC scheme is concerned,since the convection problem of the VOF function can be solved well,the numerical diffusion can be avoided.The spatial terms in the LS equation were discretized by the Optimized Compact Reconstruction Weighted Essentially Non-Oscillatory(OCRWENO)scheme with fourth-order accuracy,which can avoid false oscillation of LS solution.By combining CLSVOF method with Immersed Boundary(IB)method,the simulation of dam-break induced tsunami-like wave impacting on a stationary breakwater can be carried out.Grid sensitivity,mass error and free-surface profile are first calculated for the tsunami-like wave problem to validate the proposed numerical algorithm,which shows excellent agreement between the numerical results and experimental data.Tsunami-like waves with varied tailgater levels are then investigated.Calculations of velocity magnitude,free-surface profile and wave elevation of the tsunami-like wave are conducted to investigate its dynamics and kinematics.展开更多
根据Level-Set方法和VOF方法的优缺点,近年来兴起了一类界面追踪的耦合方法——CLSVOF(Coupled Level-Set and Volume-of-Fluid Method)方法。本文阐述了该方法的耦合实现过程,通过旋转流场和剪切流场2个算例验证了CLSVOF方法相比Level-...根据Level-Set方法和VOF方法的优缺点,近年来兴起了一类界面追踪的耦合方法——CLSVOF(Coupled Level-Set and Volume-of-Fluid Method)方法。本文阐述了该方法的耦合实现过程,通过旋转流场和剪切流场2个算例验证了CLSVOF方法相比Level-Set方法实现了计算过程中的物理量守恒,克服了VOF方法难以准确计算界面的法向和曲率的缺点。使用该方法对溃坝模型进行计算,并将数值模拟结果进行对比分析。结果表明:CLSVOF方法计算结果更加接近于实验结果,该方法相比其他界面追踪方法具有更高的运动界面追踪分辨率。由此说明CLSVOF方法模拟具有自由表面流动工程实际问题的精确性和可行性。展开更多
根据Level-Set方法和VOF方法各自的优缺点,耦合生成一种Level-Set和VOF的耦合界面追踪方法,简称CLSVOF(Coupled Level Set and Volume Of Fluid Method)方法。CLSVOF方法利用Level-Set函数计算VOF体积份额,克服了VOF方法难以准确计算界...根据Level-Set方法和VOF方法各自的优缺点,耦合生成一种Level-Set和VOF的耦合界面追踪方法,简称CLSVOF(Coupled Level Set and Volume Of Fluid Method)方法。CLSVOF方法利用Level-Set函数计算VOF体积份额,克服了VOF方法难以准确计算界面的法向量和曲率的缺点;同时又利用VOF体积份额修正Level-Set函数,克服了Lev-el-Set方法在计算过程中有物理量的损失的缺点。用旋转流场和剪切流场的数值算例验证了CLSVOF方法相比VOF方法提高了运动界面追踪的分辨率,相比Level-Set方法实现了计算过程中的物理量守恒。运用CLSVOF方法数值模拟了两个多介质流运动界面算例,分别是自由剪切层问题和气泡在静止水体中上升问题.对比数值模拟结果与理论分析和实验结果可知CLSVOF方法能精确地追踪多介质流运动界面。展开更多
本文利用CLSVOF-IB方法研究海洋管道所受的流体作用力及其涡激振动特性,其中CLSVOF(Coupled Level-Set and VOF)方法用来模拟海洋自由波面,浸入边界(immersed boundary,IB)方法用于模拟海洋管道与流体之间的相互作用力。计算结果表明,CL...本文利用CLSVOF-IB方法研究海洋管道所受的流体作用力及其涡激振动特性,其中CLSVOF(Coupled Level-Set and VOF)方法用来模拟海洋自由波面,浸入边界(immersed boundary,IB)方法用于模拟海洋管道与流体之间的相互作用力。计算结果表明,CLSVOF-IB方法能够准确分析海洋立管的流固耦合特性,可通过选择合适的管道直径和来流速度来解决管道的流致振动问题。此外通过改变流体傅汝德数(Fr数),结果还表明该数值方法能较好捕捉海洋管道与海洋自由波面的相互作用过程。展开更多
深层隧道排水系统(深隧)是布置于深层地下的大型排水工程,一般由调蓄隧道、入流竖井、通风设施(排气井)及排水泵站组成,具有调蓄雨洪及控制溢流污染的作用。其中调蓄隧道为避开地铁等城市地下工程往往布置于距离地面30~60 m深处,入流竖...深层隧道排水系统(深隧)是布置于深层地下的大型排水工程,一般由调蓄隧道、入流竖井、通风设施(排气井)及排水泵站组成,具有调蓄雨洪及控制溢流污染的作用。其中调蓄隧道为避开地铁等城市地下工程往往布置于距离地面30~60 m深处,入流竖井连接地表浅层管网和深层隧道。深隧系统竖井内部的水力学特性复杂,具有单宽流量大、落差高及大量掺气等特点,处理不当将造成较大的破坏。而极端降雨期间,由于未能充分排气而产生的间歇喷涌,也会对设施造成损害。本研究采用物理模型试验和水-气两相流数学模型CLSVOF(Coupling Level Set and Volume Of Fluid),研究了不同结构竖井(旋流式竖井和螺旋阶梯式竖井)水力学特性和调蓄隧道中的间歇喷涌问题。根据施工条件设计的两种竖井方案的消能率接近,旋流竖井存在负压及较大震动、排气不畅,而螺旋阶梯式竖井流速较低且流态稳定。在对调蓄隧道中"间歇喷涌"的数值模拟研究中,排气井管径对间歇喷涌的影响十分显著,模拟情景中最剧烈的喷涌会产生5.35倍初始状态下的测压管水头和38.2 m/s的喷涌速度。展开更多
基于CLSVOF(coupled level-set and volume of fluid)方法对两股互击式喷嘴雾化过程进行了数值模拟,仿真结果与实验结果进行对比,并详细考察了动量比对液膜特性的影响.结果表明:1CLSVOF方法能对射流撞击形成的液膜形态进行有效捕捉,计...基于CLSVOF(coupled level-set and volume of fluid)方法对两股互击式喷嘴雾化过程进行了数值模拟,仿真结果与实验结果进行对比,并详细考察了动量比对液膜特性的影响.结果表明:1CLSVOF方法能对射流撞击形成的液膜形态进行有效捕捉,计算获得的液膜形态与实验结果一致.2两股不同孔径的射流在撞击点撞击过程中,由于大孔径一侧的部分射流未参与撞击,而中心位置的液体在撞击之后速度迅速下降,周围的液体则保持撞击前的速度,使得射流撞击之后形成弧形状液膜.3在不同动量比条件下,射流撞击后轴线位置的合成角主要取决于参与撞击射流的动量比,数值计算结果与理论计算结果吻合较好,误差均小于10%.展开更多
基金financially supported by the National Key R&D Program of China(Grant No.2016YFC0503562207)the National Natural Science Foundation of China(Grant No.51979178)+4 种基金the Department of Science and Technology of Sichuan Province(Grant No.2019YJ0118)the Fundamental Research Funds for the Central Universities(Grant No.YJ201837)the Innovation Spark Project(Grant No.SCUH0049)the Opening Foundation of Sichuan UniversityState Key Laboratory of Hydraulics and Mountain River Engineering(Grant No.Skhl1820)。
文摘In the current study,the treatment of air/water interface has been made on dam-break induced tsunami-like wave by the Coupled Level Set and Volume of Fluid(CLSVOF)three-dimensional modelling.The overall CLSVOF method adopts a Tangent of Hy-perbola for INterface Capturing(THINC)scheme with the Weighted Linear Interface Calculation(WLIC)and Level Set(LS)function for capturing interface and calculating normal vector,respectively.As far as THINC/WLIC scheme is concerned,since the convection problem of the VOF function can be solved well,the numerical diffusion can be avoided.The spatial terms in the LS equation were discretized by the Optimized Compact Reconstruction Weighted Essentially Non-Oscillatory(OCRWENO)scheme with fourth-order accuracy,which can avoid false oscillation of LS solution.By combining CLSVOF method with Immersed Boundary(IB)method,the simulation of dam-break induced tsunami-like wave impacting on a stationary breakwater can be carried out.Grid sensitivity,mass error and free-surface profile are first calculated for the tsunami-like wave problem to validate the proposed numerical algorithm,which shows excellent agreement between the numerical results and experimental data.Tsunami-like waves with varied tailgater levels are then investigated.Calculations of velocity magnitude,free-surface profile and wave elevation of the tsunami-like wave are conducted to investigate its dynamics and kinematics.
文摘根据Level-Set方法和VOF方法的优缺点,近年来兴起了一类界面追踪的耦合方法——CLSVOF(Coupled Level-Set and Volume-of-Fluid Method)方法。本文阐述了该方法的耦合实现过程,通过旋转流场和剪切流场2个算例验证了CLSVOF方法相比Level-Set方法实现了计算过程中的物理量守恒,克服了VOF方法难以准确计算界面的法向和曲率的缺点。使用该方法对溃坝模型进行计算,并将数值模拟结果进行对比分析。结果表明:CLSVOF方法计算结果更加接近于实验结果,该方法相比其他界面追踪方法具有更高的运动界面追踪分辨率。由此说明CLSVOF方法模拟具有自由表面流动工程实际问题的精确性和可行性。
基金Supported by National Natural Science Foundation of China (51175001)Introduce Talented Person of Anhui University of Technology and Science (2009YQQ009)Young Talents in College of Anhui Province (2011SQRL169)
文摘根据Level-Set方法和VOF方法各自的优缺点,耦合生成一种Level-Set和VOF的耦合界面追踪方法,简称CLSVOF(Coupled Level Set and Volume Of Fluid Method)方法。CLSVOF方法利用Level-Set函数计算VOF体积份额,克服了VOF方法难以准确计算界面的法向量和曲率的缺点;同时又利用VOF体积份额修正Level-Set函数,克服了Lev-el-Set方法在计算过程中有物理量的损失的缺点。用旋转流场和剪切流场的数值算例验证了CLSVOF方法相比VOF方法提高了运动界面追踪的分辨率,相比Level-Set方法实现了计算过程中的物理量守恒。运用CLSVOF方法数值模拟了两个多介质流运动界面算例,分别是自由剪切层问题和气泡在静止水体中上升问题.对比数值模拟结果与理论分析和实验结果可知CLSVOF方法能精确地追踪多介质流运动界面。
文摘本文利用CLSVOF-IB方法研究海洋管道所受的流体作用力及其涡激振动特性,其中CLSVOF(Coupled Level-Set and VOF)方法用来模拟海洋自由波面,浸入边界(immersed boundary,IB)方法用于模拟海洋管道与流体之间的相互作用力。计算结果表明,CLSVOF-IB方法能够准确分析海洋立管的流固耦合特性,可通过选择合适的管道直径和来流速度来解决管道的流致振动问题。此外通过改变流体傅汝德数(Fr数),结果还表明该数值方法能较好捕捉海洋管道与海洋自由波面的相互作用过程。
文摘深层隧道排水系统(深隧)是布置于深层地下的大型排水工程,一般由调蓄隧道、入流竖井、通风设施(排气井)及排水泵站组成,具有调蓄雨洪及控制溢流污染的作用。其中调蓄隧道为避开地铁等城市地下工程往往布置于距离地面30~60 m深处,入流竖井连接地表浅层管网和深层隧道。深隧系统竖井内部的水力学特性复杂,具有单宽流量大、落差高及大量掺气等特点,处理不当将造成较大的破坏。而极端降雨期间,由于未能充分排气而产生的间歇喷涌,也会对设施造成损害。本研究采用物理模型试验和水-气两相流数学模型CLSVOF(Coupling Level Set and Volume Of Fluid),研究了不同结构竖井(旋流式竖井和螺旋阶梯式竖井)水力学特性和调蓄隧道中的间歇喷涌问题。根据施工条件设计的两种竖井方案的消能率接近,旋流竖井存在负压及较大震动、排气不畅,而螺旋阶梯式竖井流速较低且流态稳定。在对调蓄隧道中"间歇喷涌"的数值模拟研究中,排气井管径对间歇喷涌的影响十分显著,模拟情景中最剧烈的喷涌会产生5.35倍初始状态下的测压管水头和38.2 m/s的喷涌速度。
文摘基于CLSVOF(coupled level-set and volume of fluid)方法对两股互击式喷嘴雾化过程进行了数值模拟,仿真结果与实验结果进行对比,并详细考察了动量比对液膜特性的影响.结果表明:1CLSVOF方法能对射流撞击形成的液膜形态进行有效捕捉,计算获得的液膜形态与实验结果一致.2两股不同孔径的射流在撞击点撞击过程中,由于大孔径一侧的部分射流未参与撞击,而中心位置的液体在撞击之后速度迅速下降,周围的液体则保持撞击前的速度,使得射流撞击之后形成弧形状液膜.3在不同动量比条件下,射流撞击后轴线位置的合成角主要取决于参与撞击射流的动量比,数值计算结果与理论计算结果吻合较好,误差均小于10%.
