[发明专利]一种基于虚拟边界力法的弧板式防波堤受力计算方法

摘要

本发明提供一种基于虚拟边界力法的弧板式防波堤受力计算方法，该方法是基于雷诺时均N‑S方程组模拟考虑粘性的波浪运动，利用湍流模型封闭N‑S方程组，作为本发明计算方法的控制方程；利用虚拟边界力法模拟波浪与弧板式防波堤之间的相互作用；同传统的弧板式防波堤受力计算方法相比较，本发明采用虚拟边界力法描述波浪与弧板式防波堤之间的相互作用，无需在弧板式防波堤表面布置边界条件，可极大的提高数值计算的效率。

主权项

一种基于虚拟边界力法的弧板式防波堤受力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：a根据所建立的数值水槽尺寸和弧板式防波堤结构所在的位置，采用笛卡尔坐标系统生成计算区域的网格；沿水槽水平和垂直方向均匀划分网格，水深方向的网格总长度大于水深与最大波高之和，且留有一定数量的空网格，以确保波动水面不受上边界限制；b初始化计算区域的数值参数，计算区域所有网格点上的速度均设置为零，全域的压强值按静水压强分布设置；c基于雷诺时均N‑S方程组模拟考虑流体粘性的波浪运动，利用湍流模型封闭N‑S方程组，作为计算方法的控制方程；所述的雷诺时均N‑S方程组包括动量方程和连续方程；d利用有限差分法对控制方程进行离散；所述的有限差分法的差分网格采用同位网格；e设置计算区域的造波边界条件、开边界条件、数值水槽上下边界条件；f根据速度、压强初始值，求出新时刻流场近似解，通过SIMPLE算法迭代调整压力，使得内部流体单元满足连续方程，自由表面单元满足自由表面动力边界条件，同时调整速度场；g利用上一时刻的流体体积函数F值和已知的速度场，求出新时刻的F值，据此确定流体自由表面的位置；h利用虚拟边界力法模拟波浪与弧板式防波堤之间的相互作用；i判断计算过程是否满足数值稳定条件和收敛条件，若满足，则输出压力场和速度场结果；j重复上述e至i步骤所述过程，直至计算时间达到程序所设定的总时间。