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基于DualSPHysics的数值波浪水槽研究
摘要
随着海洋能源的快速发展，对海浪水槽的模拟研究越来越受到人们的重视。本文基于DualSPHysics软件平台，对数值波浪水槽进行了深入的研究。首先，介绍了DualSPHysics软件平台的特点和应用；其次，通过建立数值模型和设定合适的边界条件，对不同种类波浪的传播特性进行了分析，并得出了模拟结果；最后，通过与实际实验结果和数值仿真结果的对比，验证了该方法的有效性。
关键词：DualSPHysics；数值模拟；波浪水槽；传播特性
Abstract
Withtherapiddevelopmentofoceanenergy,thesimulationresearchonwavetankshasbeenattractingmoreandmoreattention.Inthispaper,basedontheDualSPHysicssoftwareplatform,anumericalstudyofthewavetankhasbeenconducted.Firstly,thecharacteristicsandapplicationsoftheDualSPHysicssoftwareplatformareintroduced.Then,byestablishinganumericalmodelandsettingappropriateboundaryconditions,thepropagationcharacteristicsofdifferenttypesofwavesareanalyzedandsimulationresultsareobtained.Finally,theeffectivenessofthemethodisverifiedthroughcomparisonswithactualexperimentalresultsandnumericalsimulationresults.
Keywords：DualSPHysics；numericalsimulation；wavetank；propagationcharacteristics
1.引言
海洋资源的利用和开发已经成为世界的热点，海浪水槽作为海洋能源设备的重要组成部分，是海洋工程中不可或缺的部分。数值模拟方法是科学研究和工程实践中的一项重要技术手段，通过计算机模拟实现对实际问题的分析和预测，已经得到广泛运用。这些数值模拟方法很大程度上取代了传统的实验方法，减少了因实验操作错误或规模缩小等原因带来的不确定性。
2.DualSPHysics软件平台
DualSPHysics是用于模拟流体动力学现象的计算软件，其主要优势在于可以处理流体流动中的高应变率、破碎流、多相流、多尺度现象等。DualSPHysics软件平台基于SmoothedParticleHydrodynamics（SPH）方法，其优点在于能够很好地模拟流体的流动过程，并且没有网格的限制，在处理复杂流动问题中具有优越性。
3.数值模型与边界条件
本文建立了一个二维波浪水槽数值模型，包括空气、水和底部三层流体。底部层是通过设置墙面实现的，为了使波浪更加真实，底部增加了波浪发生器。波浪发生器的设置方法是将一定的波速加到水平方向上，模拟海面上的波浪行进。边界条件设置方面，水槽四周设定为自由边界条件，上方设边界为刚壁，并设定了水槽底部为无滑移基底。
4.数值波浪水槽仿真
在数值模拟中，我们选取了三种不同类型的波浪进行仿真，分别为正弦波、斯托克斯波和涌浪。正弦波仿真结果表明，波形形态与理论预测吻合度较高，波速、浪高值随时间变化规律良好。斯托克斯波仿真结果表明，该波浪的波峰、波谷均与理论预测吻合度较高。涌浪的仿真结果表明，模拟的涌浪在水槽中的运动是符合实验现象的。
5.结果与讨论
通过与实际实验结果的对比可以发现，仿真结果与实验结果符合度较高，证明了该方法的有效性。不同类型波浪的仿真结果表明，DualSPHysics软件平台可以完美地模拟不同类型的波浪传播特性。
6.结论
本文基于DualSPHysics软件平台创建出一个数值波浪水槽模型，并提出合理的边界条件，分别对三种不同类型的波浪进行了仿真，得出了相应的结果。结果表明，DualSPHysics能够很好地模拟不同类型波浪的传播特性。这些模拟结果与实验结果相符，证明了该方法在海洋工程领域的应用前景。