具有复杂计算域的三维非静压流动数值模拟

建立了基于非结构化网格的表层静压假设的三维流动非静压数值模型。模型中采用半隐式分步法求解Navier-Stokes控制方程。运用满足自由表面运动学边界条件的水位演化方程来计算自由表面,动量方程中的对流项和水平扩散项采用Semi-Lagrangian方法离散。模型能有效求解正压的、斜压的、静压和非静压三维流动问题,并具有质量守恒、无条件稳定等优点。通过孤立波在缓变底坡上的传播和渤海潮流运动两个算例对模型进行检验,通过数值计算结果和实测结果的比较,验证了模型能够准确的模拟具有强三维流动特性的自由表面流动问题的能力和具有良好的复杂边界适应性。     

自由表面流动数值模拟方法的探讨

本文建立和开发了一个用于求解具有自由表面的二维不可压缩粘性流体流动的Navier-Stokes方程的数值模型，这个模型采用ALE方法描述流体的运动，基本方程组中的流速和压力利用Projection 2方法来解耦，空间离散采用有限单元法，而时间离散则采用semi-implicit方法，自由表面位置则通过求解相应的偏微分方程来确定，而计算过程中网格的调整则采用了新的方法，算例结果令人满意，表明方法可行。     

基于非结构化网格上的三维微幅表面流动非静压数值模型

建立了基于非结构化网格求解三维微幅自由表面流动非静压数值模型.一种有限差分法和有限体积法相结合的方法被用来在非结构化网格上离散控制方程.模型中采用分步法,以使压力项分解为静水压力项和动水压力项来单独处理.在每一时间步,得到关于水位和由压力泊松方程得到的动水压力的稀疏的线性方程组.模型是质量守恒的和对于重力波速、风应力、底摩阻、垂向黏性无条件稳定的.通过三个非恒定微幅自由表面流动算例的数值解和解析解的比较,验证了本文所建立的模型能够准确有效的预测三维微幅自由表面流动.     

陡墙上孤立波爬高的LBM模拟

波浪爬高是海岸工程中常见的水力学问题之一,其数值模拟方法通常是离散Navier-Stokes方程或Bouss inesq方程。与之不同,近几年发展起来的Lattice Boltzmann方法(LBM)是采用具有特定演化规则的粒子系统模拟流体运动。此方法具有计算效率高及内在并行等优点。本文将LBM应用于陡墙上孤立波的爬高模拟,建立了不可压缩流体的LB模型,并把VOF的概念引入到LBM中模拟自由表面的运动。分析和实践表明,本文方法适用于自由表面无破碎的不可压缩流体的数值模拟;对于表面破碎的情况,应将LBM与紊流模型结合,并且液面运动的模拟须采用气液两相流界面的计算方法。     

不规则波在一种复杂断面海堤上越浪的数值模拟研究

以不可压缩黏性流体的Navier-Stokes方程为控制方程,利用VOF方法追踪运动的自由表面,建立了立面二维数值波浪水槽。基于经典溃坝算例验证了数值模型的可靠性,然后采用动边界造波技术生成不规则波浪,对复杂断面海堤上的不规则波越浪进行了模拟和分析,计算结果与实验结果符合。     

用N-S方程模型模拟孤立波在各种防波堤堤前的爬高

本文以Navier Stokes方程为控制方程,用k ε模型来封闭湍流模型,采用VOF方法来跟踪波动自由表面,建立了二维垂向数学模型。并用解析解和实验数据对模型进行了验证。利用此数学模型模拟了在水位较浅,不发生越浪的情况下,孤立波在直立堤、斜坡堤、半圆型防波堤堤前爬高的过程,并对波面、速度场和压强场进行了比较。     

基于非结构化网格上的三维微幅自由表面流动非静压数值模型

建立了基于非结构化网格求解三维微幅自由表面流动非静压数值模型。一种有限差分法和有限体积法相结合的方法被用来在非结构化网格上离散控制方程。模型中采用分步法,以使压力项分解为静水压力项和动水压力项来单独处理。在每一时间步,得到关于水位和由压力泊松方程得到的动水压力的稀疏的线性方程组。模型是质量守恒的和对于重力波速、风应力、底摩阻、垂向黏性无条件稳定的。通过三个非恒定微幅自由表面流动算例的数值解和解析解的比较,验证了本文所建立的模型能够准确有效的预测三维微幅自由表面流动。     

实际地形下溃坝波的有限近似解

采用有限近似法5点格式离散二维浅水波方程组,建立平面二维溃坝洪水波模型。通过与平底无摩擦二维非对称部分溃坝问题其他数模的结果比较,结果表明该模型能够较好地模拟自由面的变化规律,具有较强的间断捕捉能力。进而对实际地形下的二维溃坝问题进行了计算模拟,给出了精细的数值结果,揭示了复杂的运动特性,进一步显示了有限近似法模拟溃坝洪水波间断面的形状和位置的优良性能,是求解溃坝流动的有效方法之一。     

用LEVEL SET方法计算溃坝波的传播过程

溃坝波的数值模拟在于正确地计算坝体溃决后上下游水面的迅速变化过程。本文研究了近年发展起来的求解两种流体界面的Level Set方法及其在具有自由表面的水动力学问题中的应用。对不同底坡上的二维溃坝波进行了计算，取得了和实验资料符合良好的结果。     

用三维时变雷诺方程模型模拟小尺度组合桩柱上的波浪力

该文以雷诺时均的Navier-Stokes方程为控制方程，用k-ε模型来封闭湍流模型，采用VOF方法来跟踪波动自由表面，建立了三维数学模型。然后对波浪与小尺度孤立柱的相互作用过程进行了数值模拟，得到了时变的波浪力，然后用实验资料进行了验证，并且和Morison方程的计算结果进行了比对。然后利用验证过的模型模拟了三维波浪场中两个不同间距的纵向排列的小尺度桩柱上所受的波浪力，得到了两个桩柱的干扰系数和间距的关系。计算方法和计算结果对此类结构物的设计施工有一定的参考价值。