A Hybrid Turbulence Approach for Simulation of Breaking Waves and Their Impacts on Coastal Structures

模拟破碎波及其对海岸结构影响的混合湍流方法

基本信息

  • 批准号:
    EP/F069162/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 28.54万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2009 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Wave breaking occurs in many coastal and marine environments and is a complex physical process involving moving and overturning free surfaces (i.e. the water/air interface), flow turbulence, air entrainment effects as well as turbulent vortex flow interaction with boundary layers. The effects of wave breaking can be found in many natural and artificial coastal processes and can be hazardous to naval and coastal structures. While the mechanisms for wave breaking have been studied by a number of theoretical and experimental works, numerical modelling of such flow problems is still a challenge. In this project, a new strategy is proposed to simulate the complex turbulent flows involving wave breaking and its interaction with structures. A hybrid turbulence model (i.e. detached eddy simulation) will be incorporated into an existing efficient 3D two-fluid (water/air) free surface capturing code. This involves the extension and application of the hybrid turbulence technique to new areas of turbulence at free surface, a task which has never been attempted so far. The code will be optimised so it can run efficiently on a multiple CPU vector supercomputer. The developed code will be first validated against a number of well documented test cases involving wave breaking on a sloping beach and then will be applied to simulate test cases involving violent impacts of breaking waves due to high amplitude regular incoming waves at vertical and steeply sloping walls. A successful implementation of this technique within the free surface capturing code will enable new insights to be gained in greater detail, in a computaionally cost-effective manner, of turbulent free surface flow problems of practical and physical significance. The proposed research is of current interest to the coastal and marine engineering sectors and relevant to application areas such as a breaking wave overtopping fixed or floating offshore structures, ships and other marine devices.
波浪破裂发生在许多沿海和海洋环境中,是一个复杂的物理过程,涉及移动和倾覆的自由表面(即水/空气界面),流湍流,空气夹带效应以及与边界层的湍流涡流流相互作用。波浪破裂的影响可以在许多自然和人工沿海过程中找到,并且可能对海军和沿海结构有害。尽管已经通过许多理论和实验著作来研究了波浪破裂的机制,但这种流动问题的数值建模仍然是一个挑战。在该项目中,提出了一种新策略来模拟涉及波浪破裂及其与结构相互作用的复杂湍流。混合湍流模型(即分离的涡模拟)将合并到现有的高效3D两流体(水/空气)游离表面捕获代码中。这涉及将混合湍流技术扩展和应用到自由表面的新湍流区域,这一任务从未尝试过。该代码将进行优化,以便它可以在多个CPU矢量超级计算机上有效运行。首先将对开发的代码进行验证,以验证许多涉及在倾斜海滩上断断续续的测试案例,然后将用于模拟测试案例,涉及由于高振幅的垂直和陡峭倾斜壁上的高振幅常规传入波,涉及破坏波的剧烈影响。在自由表面捕获代码中成功实施该技术将使新的见解以计算成本效益的方式更详细地获得实用和物理意义的湍流自由表面流问题。拟议的研究是沿海和海洋工程领域的目前感兴趣的,并且与应用领域有关,例如固定或漂浮的海上结构,船只和其他海洋设备等应用领域。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Simulation of solitary breaking waves using a two-fluid hybrid turbulence approach
使用二流体混合湍流方法模拟孤立破碎波
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zhihua Ma (Co-Author)
  • 通讯作者:
    Zhihua Ma (Co-Author)
Comments on 'An improved free surface capturing method based on Cartesian cut cell mesh for water-entry and -exit problems'
关于“基于笛卡尔切割单元网格的改进的自由表面捕获方法,用于解决进水和出水问题”的评论
A Cartesian ghost-cell multigrid Poisson solver for incompressible flows
用于不可压缩流的笛卡尔鬼细胞多重网格泊松求解器
The Development of a Cartesian Ghost-Cell Method for Moving Boundary Problems
移动边界问题的笛卡尔鬼细胞方法的发展
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Zhihua Ma (Co-Author)
  • 通讯作者:
    Zhihua Ma (Co-Author)
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