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Focused Wave Properties Based on A High Order Spectral Method with A Non-Periodic Boundary 被引量:10
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作者 李金宣 柳淑学 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2015年第1期1-16,共16页
In this paper, a numerical model is developed based on the High Order Spectral (HOS) method with a non-periodic boundary. A wave maker boundary condition is introduced to simulate wave generation at the incident bou... In this paper, a numerical model is developed based on the High Order Spectral (HOS) method with a non-periodic boundary. A wave maker boundary condition is introduced to simulate wave generation at the incident boundary in the HOS method. Based on the numerical model, the effects of wave parameters, such as the assumed focused amplitude, the central frequency, the frequency bandwidth, the wave amplitude distribution and the directional spreading on the surface elevation of the focused wave, the maximum generated wave crest, and the shifting of the focusing point, are numerically investigated. Especially, the effects of the wave directionality on the focused wave properties are emphasized. The numerical results show that the shifting of the focusing point and the maximum crest of the wave group are dependent on the amplitude of the focused wave, the central frequency, and the wave amplitude distribution type. The wave directionality has a definite effect on multidirectional focused waves. Generally, it can even out the difference between the simulated wave amplitude and the amplitude expected from theory and reduce the shifting of the focusing points, implying that the higher order interaction has an influence on wave focusing, especially for 2D wave. In 3D wave groups, a broader directional spreading weakens the higher nonlinear interactions. 展开更多
关键词 focused wave high order spectral method numerical model
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Re-study on Recurrence Period of Stokes Wave Train with High Order Spectral Method 被引量:4
2
作者 陶爱峰 郑金海 +1 位作者 MEE Mee Soe 陈波涛 《China Ocean Engineering》 SCIE EI 2011年第4期679-686,共8页
Owing to the Benjamin-Feir instability, the Stokes wave train experiences a modulation-demodulation process, and presents a recurrence characteristics. Stiassnie and Shemer researched the unstable evolution process an... Owing to the Benjamin-Feir instability, the Stokes wave train experiences a modulation-demodulation process, and presents a recurrence characteristics. Stiassnie and Shemer researched the unstable evolution process and provided a theoretical formulation for the recurrence period in 1985 on the basis of the nonlinear cubic Schrodinger equation (NLS). However, NLS has limitations on the narrow band and the weak nonlinearity. The recurrence period is re-investigated in this paper by using a highly efficient High Order Spectral (HOS) method, which can be applied for the direct phase- resolved simulation of the nonlinear wave train evolution. It is found that the Stiassnie and Shemer's formula should be modified in the cases with most unstable initial conditions, which is important for such topics as the generation mechanisms of freak waves. A new recurrence period formula is presented and some new evolution characteristics of the Stokes wave train are also discussed in details. 展开更多
关键词 Benjamin-Feir instability high order spectral (HOS) method recurrence period nonlinear wave-wave interaction
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3-D simulations of freak waves based on high-order spectral method
3
作者 赵西增 孙昭晨 梁书秀 《Journal of Harbin Institute of Technology(New Series)》 EI CAS 2010年第2期286-291,共6页
Three-dimensional ( 3-D) directional wave focusing is one of the mechanisms that contribute to the generation of freak waves. To simulate and analyze this phenomenon,a 3-D wave focusing model is proposed based on the ... Three-dimensional ( 3-D) directional wave focusing is one of the mechanisms that contribute to the generation of freak waves. To simulate and analyze this phenomenon,a 3-D wave focusing model is proposed based on the enhanced high-order spectral method,which solves the fully nonlinear potential flow equations with a free surface within periodic unbounded 3-D domains. The numerical model is validated against a fifth-order Stokes solution for regular waves. Laboratory-scale freak waves are observed with wave components having equal amplitudes. Investigations of the appearance and propagation of freak-wave events in a 3-D open wavefield defined by a directional wave spectrum are then realized. 展开更多
关键词 freak wave high order spectral method directional spectrum wave focusing wave model
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Review:Recent Development of High⁃Order⁃Spectral Method Combined with Computational Fluid Dynamics Method for Wave⁃Structure Interactions 被引量:1
4
作者 Yuan Zhuang Decheng Wan 《Journal of Harbin Institute of Technology(New Series)》 EI CAS 2020年第3期170-188,共19页
The present paper reviews the recent developments of a high⁃order⁃spectral method(HOS)and the combination with computational fluid dynamics(CFD)method for wave⁃structure interactions.As the numerical simulations of wa... The present paper reviews the recent developments of a high⁃order⁃spectral method(HOS)and the combination with computational fluid dynamics(CFD)method for wave⁃structure interactions.As the numerical simulations of wave⁃structure interaction require efficiency and accuracy,as well as the ability in calculating in open sea states,the HOS method has its strength in both generating extreme waves in open seas and fast convergence in simulations,while computational fluid dynamics(CFD)method has its advantages in simulating violent wave⁃structure interactions.This paper provides the new thoughts for fast and accurate simulations,as well as the future work on innovations in fine fluid field of numerical simulations. 展开更多
关键词 potential⁃viscous flow highorderspectral(HOS)method computational fluid dynamics(CFD)method
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SPECTRAL AND SPECTRAL ELEMENT METHODS FOR HIGH ORDER PROBLEMS WITH MIXED BOUNDARY CONDITIONS 被引量:1
5
作者 Benyu Guo Chao Zhang 《Journal of Computational Mathematics》 SCIE CSCD 2014年第4期392-411,共20页
In this paper, we investigate numerical methods for high order differential equations. We propose new spectral and spectral element methods for high order problems with mixed inhomogeneous boundary conditions, and pro... In this paper, we investigate numerical methods for high order differential equations. We propose new spectral and spectral element methods for high order problems with mixed inhomogeneous boundary conditions, and prove their spectral accuracy by using the recent results on the Jacobi quasi-orthogonal approximation. Numerical results demonstrate the high accuracy of suggested algorithm, which also works well even for oscillating solutions. 展开更多
关键词 spectral and spectral element methods~ high order problems with mixedinhomogeneous boundary conditions.
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Spectral Element Simulation of Rotating Particle in Viscous Flow
6
作者 Don Liu Ning Zhang 《Journal of Applied Mathematics and Physics》 2016年第7期1260-1268,共9页
Spectral element methods (SEM) are superior to general finite element methods (FEM) in achieving high order accuracy through p-type refinement. Owing to orthogonal polynomials in both expansion and test functions, the... Spectral element methods (SEM) are superior to general finite element methods (FEM) in achieving high order accuracy through p-type refinement. Owing to orthogonal polynomials in both expansion and test functions, the discretization errors in SEM could be reduced exponentially to machine zero so that the spectral convergence rate can be achieved. Inherited the advantage of FEM, SEM can enhance resolution via both h-type and p-type mesh-refinement. A penalty method was utilized to compute force fields in particulate flows involving freely moving rigid particles. Results were analyzed and comparisons were made;therefore, this penalty-implemented SEM was proven to be a viable method for two-phase flow problems. 展开更多
关键词 spectral Element method high order method Orthogonal Polynomials Particle Fluid Intereaction Navier-Stokes Equations Translation and Rotation
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时间分数阶Allen-Cahn方程的一个高阶有限差分-谱数值算法
7
作者 张婷婷 曹俊英 王自强 《合肥师范学院学报》 2025年第6期87-89,共3页
研究时间分数阶Allen-Cahn方程的高阶高效数值算法,在时间上使用一个(3-α)阶有限差分格式和在空间上利用傅里叶伪谱法得出一个高阶高效收敛格式.针对该格式给出了详细的算法实现过程.通过数值试验验证了该高阶高效数值格式的有效性.
关键词 时间分数阶Allen-Cahn方程 傅里叶伪谱法 不动点迭代法 高阶高效数值方法
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模拟畸形波的聚焦波浪模型 被引量:14
8
作者 赵西增 孙昭晨 梁书秀 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期447-454,共8页
利用改进的高阶谱方法建立了模拟极限波的二维聚焦模型,通过与Baldock(1996)的实验结果和理论值的比较,验证了模型的正确性,并分析了波浪非线性的相互作用对聚焦结果的影响.通过改进Longuet-Higgins海浪模型,给出了4种实验室聚焦模拟畸... 利用改进的高阶谱方法建立了模拟极限波的二维聚焦模型,通过与Baldock(1996)的实验结果和理论值的比较,验证了模型的正确性,并分析了波浪非线性的相互作用对聚焦结果的影响.通过改进Longuet-Higgins海浪模型,给出了4种实验室聚焦模拟畸形波的波浪模型:极限波聚焦模型+随机波模型;极限波聚焦模型+规则波模型;相位角分布范围调制聚焦模型;相同相位角组成波个数调制聚焦模型.基于上述完全非线性数值波浪模型,采用不同的能量分配方式,在有限模拟长度和时间内得到了具有不同H_(max)/H_s值的畸形波. 展开更多
关键词 高阶谱方法 畸形波 聚焦波 Longuet-Higgins模型 角调制
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高阶谱数值方法及其应用 被引量:10
9
作者 赵西增 孙昭晨 梁书秀 《船舶力学》 EI 北大核心 2008年第5期685-691,共7页
高阶谱方法是一种快速模拟波浪运动的有效方法,它基于小波陡对速度势展开,通过快速Fourier变换解决了自由面波动问题。文中基于高阶谱方法,建立了模拟波浪运动的数值模型,通过与Stokes波理论值比较,验证了方法的合理性;并应用于波浪的... 高阶谱方法是一种快速模拟波浪运动的有效方法,它基于小波陡对速度势展开,通过快速Fourier变换解决了自由面波动问题。文中基于高阶谱方法,建立了模拟波浪运动的数值模型,通过与Stokes波理论值比较,验证了方法的合理性;并应用于波浪的色散聚集和Stokes波不稳定性研究,通过与其它结论的比较,验证了结果的正确性。 展开更多
关键词 高阶谱方法 快速FOURIER变换 非线性波 Stokes不稳定性 色散聚焦
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高阶谱方法建立三维畸形波聚焦模拟模型 被引量:9
10
作者 赵西增 孙昭晨 梁书秀 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2009年第1期33-39,共7页
三维波浪方向聚焦是畸形波形成机理之一。为了模拟和分析这一现象,在势流理论内基于改进的高阶谱(HOS)方法,给出了时空聚焦方式生成畸形波的三维波浪模型。利用满足周期性边界条件的具有不同频率、不同传播方向的各独立组成波,分隔了计... 三维波浪方向聚焦是畸形波形成机理之一。为了模拟和分析这一现象,在势流理论内基于改进的高阶谱(HOS)方法,给出了时空聚焦方式生成畸形波的三维波浪模型。利用满足周期性边界条件的具有不同频率、不同传播方向的各独立组成波,分隔了计算域内的能量;使各组成波采用等振幅能量分布的形式,聚焦模拟了实验尺度畸形波;把高阶谱方法拓展到大尺度的开敞海域,考虑波浪方向分布的影响,聚焦模拟了大尺度畸形波的发展和形成过程。 展开更多
关键词 高阶谱 畸形波 方向谱 波浪聚焦 数值波浪模型
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非线性波浪的数值模拟 被引量:6
11
作者 李金宣 柳淑学 HONG Key-yong 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期430-435,共6页
为快速有效地模拟三维波浪问题,采用高阶谱方法建立了完全非线性波浪的数值计算模型.高阶谱方法是将速度势函数展开成Fourier级数的形式,通过快速Fourier变换求其空间导数,具有很高的计算效率和精度.把数值结果与五阶Stokes波理论解和... 为快速有效地模拟三维波浪问题,采用高阶谱方法建立了完全非线性波浪的数值计算模型.高阶谱方法是将速度势函数展开成Fourier级数的形式,通过快速Fourier变换求其空间导数,具有很高的计算效率和精度.把数值结果与五阶Stokes波理论解和聚焦波实验结果相比较,并计算了初始面升高引起箱体内液体运动问题,验证了所建立的数值计算模型的有效性. 展开更多
关键词 FOURIER级数 高阶谱方法 聚焦波浪
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非线性波浪水槽内波浪的产生和传播(英文) 被引量:2
12
作者 赵西增 孙昭晨 梁书秀 《船舶力学》 EI 北大核心 2010年第3期203-216,共14页
文章在波浪水槽内通过数值模拟和物理实验相结合的方式,研究了波浪的产生和传播问题。在高阶谱计算模型中引入数值造波边界条件,建立了非周期谱波浪水槽。基于该水槽研究了具有不同波要素波浪的产生和传播问题,通过与理论解的比较验证... 文章在波浪水槽内通过数值模拟和物理实验相结合的方式,研究了波浪的产生和传播问题。在高阶谱计算模型中引入数值造波边界条件,建立了非周期谱波浪水槽。基于该水槽研究了具有不同波要素波浪的产生和传播问题,通过与理论解的比较验证了数值结果的正确性。结果表明线性波浪理论可预测具有较小Ursell数波浪的传播,而随着Ursell数的增大,波浪的运动可用二阶波浪理论解来描述。最后通过数值模拟结果和实验结果比较,验证了数值水槽的有效性,分析表明,波面升高及其对应振幅谱的计算结果与实验数据吻合较好。 展开更多
关键词 非线性波 高阶谱方法 造波边界 FFTs 波浪水槽
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波浪产生和运动的二阶计算模型 被引量:1
13
作者 刘必劲 孙昭晨 《海洋通报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第1期7-13,共7页
在快速模拟波浪运动的谱方法基础上,引入造波边界,建立了模拟波浪产生和运动的二阶计算模型。采用摄动展开方法简化了带有造波边界的水波运动问题,将速度势分解,得到了满足造波边界和自由面边界的速度势的一般解,运用快速Fourier变换和... 在快速模拟波浪运动的谱方法基础上,引入造波边界,建立了模拟波浪产生和运动的二阶计算模型。采用摄动展开方法简化了带有造波边界的水波运动问题,将速度势分解,得到了满足造波边界和自由面边界的速度势的一般解,运用快速Fourier变换和时间积分,建立了模拟波浪产生和运动的数学模型。基于该模型,采用不同的数值造波条件,模拟了波浪的产生问题;考虑了波浪的初始运动问题;通过把数值结果与物理实验的比较,验证了波浪计算模型的有效性。 展开更多
关键词 高阶谱方法 快速FOURIER变换 造波边界 波浪产生 波浪模型
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基于非结构/混合网格的高阶精度格式研究进展 被引量:22
14
作者 张来平 贺立新 +2 位作者 刘伟 李明 张涵信 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2013年第2期202-236,共35页
尽管以二阶精度格式为基础的计算流体力学(CFD)方法和软件已经在航空航天飞行器设计中发挥了重要的作用,但是由于二阶精度格式的耗散和色散较大,对于湍流、分离等多尺度流动现象的模拟,现有成熟的CFD软件仍难以给出满意的结果,为此CFD... 尽管以二阶精度格式为基础的计算流体力学(CFD)方法和软件已经在航空航天飞行器设计中发挥了重要的作用,但是由于二阶精度格式的耗散和色散较大,对于湍流、分离等多尺度流动现象的模拟,现有成熟的CFD软件仍难以给出满意的结果,为此CFD工作者发展了众多的高阶精度计算格式.如果以适应的计算网格来分类,一般可以分为基于结构网格的有限差分格式、基于非结构/混合网格的有限体积法和有限元方法,以及各种类型的混合方法.由于非结构/混合网格具有良好的几何适应性,基于非结构/混合网格的高阶精度格式近年来备受关注.本文综述了近年来基于非结构/混合网格的高阶精度格式研究进展,重点介绍了空间离散方法,主要包括k-Exact和ENO/WENO等有限体积方法,间断伽辽金(DG)有限元方法,有限谱体积(SV)和有限谱差分(SD)方法,以及近来发展的各种DG/FV混合算法和将各种方法统一在一个框架内的CPR(correction procedure via reconstruction)方法等.随后简要介绍了高阶精度格式应用于复杂外形流动数值模拟的一些需要关注的问题,包括曲边界的处理方法、间断侦测和限制器、各种加速收敛技术等.在综述过程中,介绍了各种方法的优势与不足,其间介绍了作者发展的基于"静动态混合重构"的DG/FV混合算法.最后展望了基于非结构/混合网格的高阶精度格式的未来发展趋势及应用前景. 展开更多
关键词 非结构网格 混合网格 高阶精度格式 有限体积方法 间断伽辽金方法 有限谱体积方法 有限谱差分方法 DG FV混合算法
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Numerical Investigation of the Effect of Current on Wave Focusing 被引量:1
15
作者 李金宣 刘殿勇 柳淑学 《China Ocean Engineering》 SCIE EI 2012年第1期37-48,共12页
In the present study, a numerical wave tank is developed to simulate the nonlinear wave-current interactions based on High Order Spectral (HOS) method. The influences of current on wave focusing are investigated by ... In the present study, a numerical wave tank is developed to simulate the nonlinear wave-current interactions based on High Order Spectral (HOS) method. The influences of current on wave focusing are investigated by use of numerical model. The current is assumed to be constant in space. Focused waves with different amplitudes and frequency spectra are simulated with and without current. The focused wave characteristics, such as surface elevation, the maximum crest and frequency spectrum, with different current are compared. The results show that the opposing current increases the maximum crest and the energy transform during wave focusing process, and vice versa for the following current. 展开更多
关键词 wave-current interaction high order spectral method numerical wave tank
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多介质流体力学计算的谱体积方法 被引量:2
16
作者 刘娜 陈艺冰 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期114-119,共6页
针对高维及多物理耦合计算耗费大等困难,设计适合多介质流动模拟的模板紧致、易于并行、高阶精度、计算耗费小的谱体积方法。该方法是求解双曲型守恒率谱体积方法的直接推广,针对多介质流动物质界面捕捉的困难,利用拟守恒格式的思想避... 针对高维及多物理耦合计算耗费大等困难,设计适合多介质流动模拟的模板紧致、易于并行、高阶精度、计算耗费小的谱体积方法。该方法是求解双曲型守恒率谱体积方法的直接推广,针对多介质流动物质界面捕捉的困难,利用拟守恒格式的思想避免物质界面处的非物理振荡。数值模拟结果表明,本方法具有高阶精度、高分辨率,且节约计算量,并且可以有效避免物质界面处非物理振荡。 展开更多
关键词 流体力学 谱体积方法 高精度 刚性气体 多介质 模板紧致
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基于高阶谱方法求解波浪在不规则地形上传播的完全非线性数值模型
17
作者 李金宣 郝健 +1 位作者 王磊 柳淑学 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2017年第3期293-300,共8页
该文基于高阶谱方法,通过引入造波边界和水底边界条件,建立了能够模拟波浪在不规则地形上传播的完全非线性数值计算模型。对典型的二维波浪bragg反射和波浪在潜堤上传播进行了数值模拟,数值计算结果表明该模型能够很好地模拟波浪的产生... 该文基于高阶谱方法,通过引入造波边界和水底边界条件,建立了能够模拟波浪在不规则地形上传播的完全非线性数值计算模型。对典型的二维波浪bragg反射和波浪在潜堤上传播进行了数值模拟,数值计算结果表明该模型能够很好地模拟波浪的产生、传播及与不规则地形的作用,验证了所建立的数值计算模型模拟波浪在不规则地形上传播的有效性。 展开更多
关键词 高阶谱方法 数值模型 bragg反射 潜堤
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用切比雪夫谱元方法求解均匀流场中的声传播问题 被引量:8
18
作者 张荣欣 秦国良 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第7期120-124,共5页
利用谱元方法中的无穷光滑插值函数的高阶精度特点,结合隐式时间推进算法的稳定性,推导并实现了低马赫数均匀流场中声波动方程的切比雪夫谱元解法,进而得到了流场影响下的声传播问题的数值解.该解法对均匀流场中的声传播问题在空间上进... 利用谱元方法中的无穷光滑插值函数的高阶精度特点,结合隐式时间推进算法的稳定性,推导并实现了低马赫数均匀流场中声波动方程的切比雪夫谱元解法,进而得到了流场影响下的声传播问题的数值解.该解法对均匀流场中的声传播问题在空间上进行谱元离散,在边界上引入Clay-ton-Engquist-Majda吸收边界条件,在时间上利用隐式Newmark积分方法推进求解.算例与解析解的对比验证表明:该解法在空间上可以实现高阶精度,在时间上达到2阶精度;使用的隐式New-mark时间积分方法稳定性好,计算工作量相对较小;当数值解达到稳态传播时和解析解吻合得非常好.随着计算条件的飞速发展,加密网格并采用更高阶的切比雪夫谱逼近可以进一步提高精度,以适应计算气动声学的精度要求,另外可尝试采用更高精度的吸收边界条件以改善边界反射对计算声场的干扰. 展开更多
关键词 计算气动声学 谱元方法 吸收边界条件 高精度
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波高非线性概率分布高阶谱数值模型研究 被引量:3
19
作者 冯司宇 马小舟 董国海 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期44-51,共8页
由于波浪的调制不稳定以及非线性波-波相互作用等因素的存在,波浪的分布会偏离线性假设下瑞利分布的结果。通过使用高阶谱模型对不同初始条件下波浪数值模拟。对统计得到的波高与线性理论下的瑞利分布和考虑非线性下改进的埃奇沃思-瑞利... 由于波浪的调制不稳定以及非线性波-波相互作用等因素的存在,波浪的分布会偏离线性假设下瑞利分布的结果。通过使用高阶谱模型对不同初始条件下波浪数值模拟。对统计得到的波高与线性理论下的瑞利分布和考虑非线性下改进的埃奇沃思-瑞利(MER)分布和依据Gram-Charlier展开的分布(GC分布)进行对比。结果表明,深水条件下波浪传播过程中偏度值变化较小,而峰度值出现增长。在较小有效波高值的波况下波高分布符合瑞利分布,但随着有效波高值的增加,波浪的非线性增强,波高分布与考虑非线性影响下的GC和MER分布结果相符。宽谱下的波高分布偏离瑞利分布的程度小于窄谱的情况,波高分布更接近瑞利分布的结果。 展开更多
关键词 非线性 波高概率分布 高阶谱模型 峰度
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基于高阶谱方法与CFD计算的耦合模型在不规则波模拟中的应用 被引量:6
20
作者 宋家琦 万德成 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2019年第1期1-12,共12页
基于高阶谱(HOS)方法的势流造波模型可进行波浪的高效率非线性演化模拟,但由于忽略了黏性影响,在研究波浪与物体相互作用中,对于波浪破碎和边界层流场细节模拟等方面很难实现,而黏性波浪水池则有计算量大的局限性。该文建立了基于高阶谱... 基于高阶谱(HOS)方法的势流造波模型可进行波浪的高效率非线性演化模拟,但由于忽略了黏性影响,在研究波浪与物体相互作用中,对于波浪破碎和边界层流场细节模拟等方面很难实现,而黏性波浪水池则有计算量大的局限性。该文建立了基于高阶谱(HOS)方法与CFD计算的耦合模型,外域波浪场依靠势流模型计算,而内域波浪场演化则通过求解Navier-Stokes方程获得,通过松弛区将二者结合,可以避免求解大范围的黏性波浪场而带来的巨大计算量,并且能在波浪与物体相互作用中考虑黏性影响。在对多种波浪类型的模拟以及网格尺度影响讨论中,黏势流耦合模型的适用性得到验证。并在多向不规则波的聚焦波模拟,以及基于势流基础上的大范围长时间演化下得到的极端海浪在CFD域内重构中,黏势流耦合模型都有其成功应用。 展开更多
关键词 高阶谱(HOS)方法 CFD 耦合模型 聚焦波 极端海浪
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