ANSYS FLUENT之明渠流模型：精准模拟自然水流

定义

明渠流是一种具有自由表面，直接依靠重力作用而产生的流动（又称无压流）。

特点

• 具有自由液面，重力对流动起主导作用；
• 底坡的变化对断面的流速、水深有直接影响；
• 水深在流程中会发生变化，不可能产生非恒定的均匀流。

分类

• 自然：河流，河口，海洋
• 人工：用于灌溉沟渠

波浪类型

• 深水波：深水波是指水深大于半个波长处的波浪。其水面附近的水质点运动比较显著，水质点运动近似为一圆形，而波动随深度的增加而逐渐微弱甚至静止。其传播速度只取决于波长，而与水的深度无关。
• 浅水波：浅水波是指水深h相对波长λ很小时（一般取h<1/20λ)的波动，又称长波。传播速度与波长无关，仅决定于水深。

几种波浪模型

• 一阶Airy线性波

• 高阶Stokes非线性波

• 非线性椭圆余弦波/孤立波

FLUENT明渠流模型

波浪模型引入

Fluent中波浪模型，通过在VOF模型中激活

波浪模型包括：

• 一阶Airy波
• 高阶Stokes波
• 高阶椭圆余弦波/孤立波
• 波浪谱（不规则波）
• Pierson-Moskowitz谱
• Jonswap谱
• TMA谱

通过入口速度边界条件面板可选择不同的波浪模型。

数值消波

波浪模型最常见的问题之一是对下游边界的数值模拟。通过设置

Numerical beach（数值海滩）通过在动量方程中增加阻尼项，可以有效降低从压力出口边界产生的数值反射。

在Cell Zone Conditions面板中可激活Numerical beach模型。

应用实例

• 海上浮体运动

• 潜艇波浪冲击

• 溢油扩散分析

• 钻井平台波浪载荷分析

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