使用边界造波法模拟二阶Stokes波的数值方法

"该文是关于使用边界造波法在FLUENT软件平台上进行二阶Stokes波的数值模拟，以研究滑坡涌浪灾害中波浪的产生和传播。" 文章介绍了针对滑坡涌浪灾害中波浪现象的数值模拟方法，特别关注的是二阶Stokes波的生成和传播。二阶Stokes波是指在非线性波动理论中，比一阶Stokes波更精确地描述波浪运动的一种模型，特别是在考虑弱非线性效应时更为重要。滑坡涌浪是由山体滑坡引发的巨浪，对下游地区的安全构成严重威胁，因此对这类波浪的模拟分析具有实际意义。 文章采用的数值方法是基于边界造波法，这是一种在计算流体力学（CFD）领域中用于模拟波浪产生的技术。该方法依赖于不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程，这是一个描述流体动态行为的基本方程组。此外，它结合了体积-of-fluid (VOF)方法来追踪流体自由表面的变化，这是处理自由表面流动问题的常用方法。 在FLUENT软件环境中，通过用户定义的函数（UDF）编程，研究人员定义了入射边界条件，即波浪的速度和形状的解析表达式，从而在数值水槽中生成二阶Stokes波。数值水槽是一种虚拟的实验环境，用于模拟物理水槽中的水波实验，可以避免实际实验的复杂性和成本。 通过这种方法，作者成功地模拟了二阶Stokes波的产生和传播过程，并证明该数值模型能够有效地、可靠地模拟弱非线性波浪。这样的模拟结果对于理解滑坡涌浪的动力学特性，以及预测其可能的影响范围和强度，提供了重要的科学依据。因此，这项工作为未来研究滑坡涌浪灾害的模拟分析奠定了基础。 关键词涉及到的核心概念包括： 1. 边界造波法：一种在数值模拟中创建波浪的技术，适用于研究波浪与结构或地形的相互作用。 2. 数值水槽：用计算机模拟的环境，用来研究波浪和其他流体动力学现象。 3. 二阶Stokes波：描述弱非线性波浪的理论模型，比一阶模型更精确，特别适合分析滑坡涌浪等复杂情况。 4. Navier-Stokes方程：描述流体运动的基本方程，是CFD的基础。 5. VOF法：追踪流体自由表面变化的方法，常用于处理自由表面流动问题。 6. UDF：FLUENT软件中的用户自定义函数，允许用户扩展软件功能以满足特定的求解需求。 这篇论文的发表不仅展示了FLUENT软件在模拟复杂流体现象中的应用潜力，也强调了数值模拟在地质灾害研究中的重要性，特别是对于理解和预防滑坡涌浪灾害。