波浪对水平板冲击作用水气二相流数值模拟研究

冲击波压力是水工结构物的主要致灾动力之一.针对波浪裹挟气体作用于结构物的波浪冲击问题,考虑气体的可压缩性对准确计算结构物所承受的冲击波压力具有重要影响.基于简化的水-气二相流通用控制方程,结合动量源项造波法,采用加权本质无振荡(WENO)格式求解对流项,同时使用以加权线性界面计算法改进的多维双曲线切线法的界面捕捉法(THINC/WLIC)追踪水气界面,建立了不可压缩-可压缩水-气二相流的数值波浪模型.首先,通过将数值模型生成的行进波和驻波结果与其解析解进行比较,验证了本数值波浪模型在波浪生成和传播模拟方面具有较高的精度.据此,本研究将模型应用于模拟规则波对水平板的冲击过程,将冲击压强的模拟结果与实测数据以及未考虑空气压缩性的模型结果进行了对比,本数值模型能有效再现空气可压缩性对波浪冲击过程中冲击压强的影响,能够给出较高精度的冲击压强定性和定量结果.同时对水平板底部的流场结构进行了分析,结果显示,波浪冲击过程中不同的空腔形态会影响流速分布,从而对冲击压强产生影响.

大型柱状结构物波浪爬坡的数值波浪水池模拟

基于数值波浪水池技术,模拟单色波和双色波及其绕圆柱体波浪爬坡的现象。波浪采用源项造波法进行模拟。对偏微分方程的离散采用有限体积法(Finite Volume Method,FVM),对于自由液面的捕捉采用较为常用的流体体积法(Volume of Fluid Method,VOF)。将单色波和双色波的数值模拟结果与理论计算值进行比较,结果表明模拟的波浪结果较为精确,可以满足计算需要。波浪爬坡高度的计算结果与MARINTEK水池波浪爬坡模型值以及其他公开发表的数值模拟结果对比,结果表明与其他数值计算方法相比该计算方法更接近于试验结果。