[发明专利]一种耦合POM和OpenFOAM的数值造波方法

说明书

本发明提供一种耦合POM和OpenFOAM的数值造波方法，利用POM模拟出目标区域的粗分辨率波浪模型，再通过多项式拟合方式得到每个网格点上流体速度随高度变化的函数关系式，经过转换后写入OpenFOAM的初始文件，驱动OpenFOAM根据输入数据进行侧边界拟合计算，在计算期间，POM根据时间变化不断更新目标区域的数据并输出相应的函数关系式，OpenFOAM随POM的每次更新即重新计算一次，在指定的循环时间内生成与真实海洋环境相似的水池波浪。本发明提供通过POM与OpenFOAM的耦合计算，实现了大尺度海洋模式和小尺度计算流体力学CFD模式OpenFOAM的耦合，降尺度为更精细的分辨率数据，有助于提高船舶数值水池下虚拟试验的准确度，提高船舶水动力性能评估和预报的精度。

技术领域

本发明属于水动力领域，具体涉及一种耦合POM和OpenFOAM的数值造波方法。

背景技术

优异的水动力性能可以显著提高船舶的经济性，而船舶水动力性能的设计、评估和优化都离不开船模试验。传统的物理水池实验通常需要设计系列船模，成本高，周期长；由于尺度效应的存在，使得船模实验数据难以完全符合实船的流动情况；另外，由于测量技术自身的限制，难以准确测量船模附近的复杂流场，同时测试设备的布置也会对船模流场造成干扰。

随着计算流体动力学方法(CFD)的快速发展，目前采用CFD方法模拟船舶水池的技术已成为现有船舶水动力学设计、评估和优化的前沿技术。船舶数值水池比物理水池费用低，可以采用实尺度模型进行计算，从而避开尺度效应，而且能够实时捕捉船舶附近的复杂流动情况。

但采用CFD方法模拟时，其中的船舶数值水池技术多采用摇板、推板兴波法或动量源兴波法，虽然这些造波方法能够产生相应的波浪，但是这些造波方法多用来模拟理想的规则波或有固定的波浪谱的波浪，与真实海洋环境中起伏不定的实际波浪相差较大，而波浪的不同，船舶实际经受的水动力性能也不同，因此，目前的破波方法降低了CFD的模拟精度。

发明内容

本文发明的目的是提供一种将POM生成的粗分辨率波浪模型与OpenFOAM生成的精细化网格进行耦合而得到更符合实际海洋波浪模型的数值造波方法。

具体地，本发明提供一种耦合POM和OpenFOAM的数值造波方法，包括如下步骤：

步骤100，利用MATLAB建立等间距的计算网格，使计算网格的数据信息存到相应的数组中，然后导出至POM可读取的指定格式文件中，再将目标区域内的海洋数据插值到POM读取的计算网格上，驱动POM模拟出目标区域的粗分辨率波浪模型；

步骤200，将模型区域的四个侧边界设定为矩形边界，各侧边界之间的水平距离为POM的水平分辨率，输出计算网格中网格点上的流体速度和湍动能数据得到模型边界的流体速度，再通过多项式拟合方式得到每个网格点上流体速度随高度变化的函数关系式；

步骤300，使用ICEM工具的分块功能生成密集的六面体网格，再通过存储转换成OpenFOAM模式的网格文件，导入至OpenFOAM中生成精细化网格，再将POM中得到的函数关系式经过转换后写入OpenFOAM的初始文件，实现OpenFOAM对POM数据的读入功能；

步骤400，驱动OpenFOAM根据输入数据进行侧边界拟合计算，在计算期间，POM根据时间变化不断更新目标区域的数据并输出相应的函数关系式，OpenFOAM随POM的每次更新即重新计算一次，在指定的循环时间内生成与真实海洋环境相似的水池波浪。

在本发明的一个实施方式中，所述步骤100中的计算网格为由原始海洋数据构成的原始网格。

在本发明的一个实施方式中，所述计算网格中网格的等间距距离是由经纬度确定的。

在本发明的一个实施方式中，所述的海洋数据是指波浪数据和风场数据。