VOF 波建模

VOF 波模型用于模拟轻流体和重流体之间的交界面上的表面重力波。此模型通常与 6 自由度运动模型一起用于海洋应用。

稳定前进的周期波列概念是在海岸和海洋工程应用中使用的方便模型，用于提供由波导致的流体速度、压力和表面高程。假设波传播稳定不变（稳态波问题），则可以采用三个物理长度尺度唯一指定并求解波列：水深、波长和波高。

用于稳态波问题的主要理论有：

• 斯托克斯理论

  基于波不是很陡峭的假设的显式理论。此理论最适合于对较深水域中的波建模。

• 椭圆余弦理论

  用于对较浅水域中的波（其波长明显大于水深）建模的显式理论。

Simcenter STAR-CCM+ 提供以下 VOF 波模型：

• 平波

  平波表示平静的水面。

• 一阶波

  使用斯托克斯波理论的一阶近似对一阶波建模。此近似生成具有规则周期性正弦分布的波。

• 五阶波

  使用斯托克斯波理论的五阶近似对五阶波建模。此波比一阶方法生成的波更类似于实际的波。波形和波相速度取决于水深、波高和水流。

• 叠加波

  叠加波是不同部分一阶波的线性叠加。它可以用于模拟较复杂的波现象，如横浪或频谱波。横浪是两个波系统以倾斜角度前行的海浪状态。当一个天气系统中的水波继续前进而不管风向变化时，可能发生这种状态。

• 椭圆余弦波

  椭圆余弦波用于浅水应用，其波长远大于水深（即波长比水深大十倍）。对一阶和五阶波建模的斯托克斯波理论不适用于这些应用。

• 不规则波

  不规则波可用于通过波谱（即垂直海面位移的功率谱密度函数）描述短期海波状态。

• 链接的波

  链接的波模型使用任何其他预定义的 VOF 波模型作为参考。链接方法使用代理波指定方法，其中初始条件、边界条件和力参数的场函数仅为被参考的 VOF 波定义一次。此后，链接的 VOF 波场函数仅分配给区域/边界一次，并避免重复输入项。此流程加快了模拟准备速度，因为其可在不同的 VOF 波之间快速切换。

请参见 VOF 波类型参考。

VOF 波可以强制为边界处的特定求解。通常情况下，3D 纳维-斯托克斯方程的求解强制趋于基于简化理论的求解。力源项将求解调整为在缩小的域边界上实施的简化求解。VOF 波还可以在选定边界附近阻尼衰减，以减少这些边界附近的振荡。

请参见波力和波阻尼。