158、数值海滩参数详解及实例对比
1.数值海滩的作用
1.数值海滩的作用
前几篇文章我们主要介绍了明渠流动和造波问题，今天我们还是接着之前的问题深入探讨一下。
这篇文章主要讲解明渠流和造波问题过程中的数值海滩问题
但是我在计算过程中发现了明显的波浪衰减问题，不知道有没有小伙伴可以告知原因？？
数值海滩，顾名思义就是以数值的形式来模拟海滩。当波浪或者水流打到海滩上时，海滩会明显阻碍水流的运动，可以吸收波浪、防止反射
如果想要模拟这个过程，常规方法应该需要对海滩进行几何建模，划分网格。Fluent给出了更加简洁的方式，也就是数值海滩Numerical Beach，通过给动量方程施加各种源项来实现波浪打到海滩的效果。
2.数值海滩理论
2.数值海滩理论
数值海滩的实现主要是对动量方程进行修改，为压力出口边界附近的单元区域添加一个阻尼耗散项。下面的方程为数值海滩给动量方程添加的阻尼耗散的源项
其中，S为Z^方向动量耗散源项，表示由于阻尼等作用引起的动量损失；Z^为沿重力方向的垂直方向；X^为流动方向；
C1为线性阻尼系数（单位：1/s），默认值为 10；C2为二次阻尼系数（单位：1/m），默认值为 10
V为沿 Z^方向的速度；Z为距自由液面的距离；X为沿流动方向 的距离；
f(X)为沿 X^ 方向的阻尼函数；f(Z)为沿 Z^方向的阻尼函数
X^和 Z^方向上的阻尼函数分别为：
其中rx和rz分别为
Xs和Xe分别是阻尼区在 X^方向上的起点Start Point和终点End Point。Zfs和Zb分别是沿Z^方向的自由表面FreeSurface Level和底部Bottom Level。
上述理论公式在下面的参数设置中会再次提及，参数设置结合理论公式来讲解会更加详细一些。
3.数值海滩参数设置
3.数值海滩参数设置
启用明渠流或明渠波浪模型时，可勾选Numerical Beach。
数值海滩滩面假定为一个矩形区域，其端面为明渠压力出口边界，起始面为平行于压力出口的平面。滩面方向假定为垂直于压力出口的方向。阻尼长度为端面与起始面之间的法向距离。
Damping Type：Two Dimensional表示在海滩和重力方向都添加阻尼，f(x)和f(z)都不为0
由于f(z)与Zfs和Zb有关，Zfs和Zb分别是沿Z^方向的自由表面FreeSurface Level和底部Bottom Level
所以当Damping Type选择Two Dimensional时，需要设置FreeSurface Level和底Bottom Level
One Dimensional：表示在海滩方向添加阻尼，也即上述的理论公式中f(z)=0
Compute From Inlet Boundary：表示根据某个入口的数值来填写下面的参数。类似于初始化的Compute From。一般想要简单设置，这里选择inlet，下面的数据自动更新即可。
但需要注意，自动更新的数据可能不合理，需要检查
Uni-Directional Beach Inputs：X、Y和Z是海滩外法向量的分量（通常垂直于最近的压力出口）。也就是海滩末端的法向量，比如对于二维，应该设置x为1，y为0
Damping Length Specification：有两种输入方法End Point and Wave Lengths和End and Start Points。End Point 一般指海滩结束的地方，就是下面公式的Xs，Start Points指开始有阻尼的地方，即Xe。
Relative Velocity Resistance Formulation：在采用动/变形网格或移动参考系时，使用数值海滩区中的相对速度计算源项。
Linear Damping Resistance：单位时间的阻力
Quadratic Damping Resistance：单位长度的阻力
在三维问题中，还可以勾选Multi-Directional Beach，表示多个方向上存在海滩，也就是可以在多个方向上同时设置阻力耗散。
4.实例对比
4.实例对比
我们计算两种工况，分别时设置数值海滩和不设置数值海滩，来对比计算结果。
4.1设置数值海滩
首先是设置数值海滩的计算，下面是其参数，Start Point为12m，End Point为15m。
残差图
x=10m和x=14m处的液位高度曲线图
x=10m和x=14m处的液位高度曲线图，两者相差两个波长，理论上应该重合。但由于增加了数值海滩，x=10m未达到数值海滩区域，而x=14m处于数值海滩区域。x=14m的振幅明显低于x=10m
注：这里存在明显的问题，波浪随时间在逐渐的衰减？？为什么？？欢迎大佬告知原因！
波动云图
从云图也可以看到，在数值海滩附近，波动明显在减弱
4.2未设置数值海滩
残差图
x=10m和x=14m处的液位高度曲线图
由于未设置数值海滩，因此x=10m和x=14m处的液位高度曲线图基本重合，
但波浪仍然在随时间逐渐衰减，为什么？？有知道的大佬吗？
波动云图
