VOF与LevelSet耦合的界面计算方法及其对波浪破碎过程的模拟

破碎波浪传播过程的数值模拟是研究波浪破碎特性的重要手段。文章提出了一种用于计算界面的VOF和Level Set耦合算法,从而利用VOF方法质量守恒、Level Set方法能够更准确计算法向量的优点。体积分数采用一种较新的VOF几何方法——isoAdvector方法计算,并在此基础上建立了基于等值面的界面重构算法,Level Set函数通过几何迭代方法进行计算并用于计算法向量。通过溃坝问题的求解,验证了该方法的有效性,并将其应用于波浪在地形上传播破碎问题的求解,与实验结果进行对比,说明该方法可以很好地模拟复杂地形上的波浪传播破碎问题。     

黄河三角洲海域的潮汐流动数值模拟

文章将一种有效处理浅水流动计算中的Roe型二阶精度迎风型FVM格式应用到平面二维浅水流动数学模型中.为保证Roe格式的稳定性,应用Ropers格式以解决通量梯度项与源项的平衡问题.为避免源项引起的计算不稳定,对源项采用分步法及半隐式求解.在此基础上,应用该模型对地形复杂的黄河三角洲海域潮汐进行了实际数值模拟.并对其水动...     

改进的3阶WENO-N3格式及其在内爆炸载荷计算中的应用

[目的]高分辨率激波捕捉格式对含激波流场的数值模拟具有重要意义,其不但可以降低网格的规模,而且能较好地分辨出流场中复杂的波系结构。[方法]通过在权函数公式中增加额外项的方式构造出WENO-N+3格式,并采用泰勒级数展开的方法对WENO-N3和WENO-N+3格式在极值点处的精度进行理论推导和精度数值测试。选用激波与熵波相互作用、双爆轰波碰撞、瑞利—泰勒不稳定性等问题验证改进格式WENO-N+3与WENO-JS3,WENO-Z3和WENO-N3格式的区别。最后,将改进格式WENO-N+3应用于内爆炸载荷的数值计算。[结果]研究表明,改进格式WENO-N+3相较其他格式耗散低,并且在相同的计算网格下能给出较高的冲击波峰值。[结论]该方法可用于内爆炸载荷的数值计算。     

利用实验数据修正船舶推进轴系横向振动的有限元模型

本文在 Berman 法的基础上提出了两种改进的修正方案,利用实验数据修正了船舶推进轴系横向振动的有限元模型。计算结果表明:本文的两种方案既可保证刚度矩阵、质量矩阵的带状性,又具有较高的精度和较快的计算速度。     

非交错网格下Boussinesq方程的源函数产生波浪的方法

针对由Beji型的Boussinesq方程推导出的在计算域内产生波浪的源函数,应用有限差分法的Adams-Bashforth-Moulton预报校正格式,在非交错网格下进行数值模拟。在一维方向上进行离散,对一维平底地形和潜堤地形进行了数值模拟,数值计算结果与物理模型试验结果吻合较好,表明采用源函数的方法可以很好地在数值计算域内产生波浪。     

基于有限体积法的平面二维水流数学模型的改进

在基于有限体积法的近岸水流数学模型中,单元交界面数值通量的计算精度、潜堤淹没和出露交替的模拟以及动边界技术都是至关重要的。首先通过加入数值通量底坡补偿项对Osher格式的数值通量计算格式进行了改进;又提出单元淹没度的概念,提高了模型在模拟潜堤出露和潮间带干湿变化中的适应性。利用典型算例对模型进行了验证,得到了满意的结果。     

大范围波浪传播数学模型

南黄海辐射沙脊群海域范围广阔、海底地形变化剧烈。在传统缓坡方程基础上建立的波浪传播数学模型难以计算该海域的波浪场。为了解决此问题,文章在洪广文推导的缓坡方程推广形式的基础上,改进了数值计算方法,建立了大范围波浪传播数学模型。运用波数矢无旋性方程,将缓坡方程转化为波作用守恒方程和光程函数方程,从而消除了波长对计算步长的限制。运用硬盘同步记录法,把求解时所需要的内存用量转化为硬盘用量,从而可以运用高分辨率网格计算大范围海域。在南黄海辐射沙脊群的应用表明,该模型适用于大范围、复杂水下地形的波浪场计算。     

有限水深三维脉动源格林函数数值算法研究

由于柯西主值积分的奇异性和贝塞尔函数的振荡性,有限水深情况下复杂格林函数及其导数的精确数值求解一直是浅水中波浪水动力计算的难点,因此寻找格林函数的精确数值解显得非常重要.通过对格林函数奇异项进行变形推导,文中给出了一种去掉了奇点的新积分形式.另外通过改进前人推导的Gauss-Laguerre积分方法,给出了一种改进的新Gauss-Laguerre积分方法.格林函数及其导数的数值结果显示文中给出的两种新方法可以有效地计算复杂格林函数及其导数值.最后对这两种方法、级数解以及传统的Gauss-Laguerre积分方法的计算精度和效率进行了比较研究,结果显示文中给出的两种方法的计算精度高于传统的Gauss-Laguerre积分方法,但其计算效率低于级数解.但在接近于0的近场附近级数解失真,而文中提出的改进的新Gauss-Laguerre积分方法可以获得正确结果.同时当频率和水深均较大时级数解失真,而文中提出的方法也可以获得正确结果.最后针对这些方法的优缺点,该文提出了建议的策略用于计算有限水深格林函数.     

双船间隙水体运动特性及水体阻尼修正研究北大核心CSCD

[目的]旨在修正势流理论在计算小间隙双浮体系统时由于无黏假设导致的结果失真现象,研究间隙水体的运动响应特性。[方法]建立过驳双船系统CFD数值计算模型,分析间隙水体的响应特点及机理。之后将CFD计算结果与势流理论计算结果进行对比,获得准确的双船间隙水体修正阻尼系数,从而修正势流理论的计算结果。[结果]结果表明,不同频率的波浪通过双船间隙时波面升高变化趋势不同,对于低频波浪,入射波不能穿过双船间隙,间隙的波面升高小于入射波的波幅;对于高频波浪,入射波可以从双船的间隙穿越,间隙内波面升高大于入射波的波幅;在特定波浪频率下,双船间隙存在一个高速区域,对应的双船内侧动水压力降低,产生较大的吸力,可能对过驳作业造成不利影响。[结论]通过上述方法得到了更为准确的间隙水体修正阻尼系数,为过驳双船系统的高精度、快速水动力及运动性能计算提供了指导。     

高阶紧致格式在非线性数值模拟中的应用

对比分析迎风型格式及中心耗散格式优劣性,采用傅里叶分析方法分析显式格式及紧致格式在波数空间可准确模拟的波数范围。通过编程研究6种紧致格式,其中为保证紧致格式在内点及边界点的一致性,采用高精度边界格式,加入了滤波运算和采用更小的CFL数来控制紧致格式的稳定性。数值试验表明,中心紧致格式有更小的耗散误差及色散误差;通过4阶Pade格式计算模型绕流,验证了边界处理的正确性,也更加认识到紧致格式有非常严格的稳定性限制。