160、Fluent波浪流动中的波高衰减问题详细分析

我们在文章155中探讨了Fluent波浪流动的问题，从参数设置，到数值海滩的设置都进行了分析和探讨。

在计算过程中发现，Fluent波浪流动的波高会出现明显的衰减。无法是否设置数值海滩，随着时间的增加，波高都会明显的衰减。

理论上，Fluent波浪边界条件入口参数是固定的，随时间并不会有所减弱，那么流场中的任一点的流动应该主要受到入口参数的影响，其流动状态应该也是正弦的，而不是逐渐耗散。

下面我们对这个现象进行分析，并对实例进行计算和对比，来找出影响的主要参数。毕竟实践是检验真理的唯一标准！

不想看过程的，可以直接滑到底看结论！

我们对这个问题进行搜索，网上有一些答案，但是大部分回答一眼AI，基本都是概念性的原因，没有任何实例对比，所以不可信，但可以提供一些参考。

下面我们对可能的原因进行实例的计算和对比，看看究竟是什么参数影响到了波高的衰减。

原因1：湍流模型的选择

回答：对于自由表面流动，建议使用 k-ω SST 模型，它对边界层和分离流有更好的捕捉能力。

之前的湍流模型确实是k-e模型，现在我们保持其他参数不变，将湍流模型更改为k-ω SST 模型

与k-e模型对比，无论x=10m还是x=14m，波高曲线基本重合。说明更改湍流模型无效？？

这个结论当然不能直接下，但是至少能够说明对本例来说，将湍流模型从k-e更改为k-ω SST 模型，对波高的衰减几乎无作用

原因2：VOF求解格式

回答：尝试使用 Geo-reconstruction 方法替代默认的 PLIC 方法，提高界面分辨率。

勾选明渠波浪流动模型后，VOF格式会自动更改为Implict。为了能够使用Geo-reconstruct方法，我们需要将其更改为Explicit

然后在求解方法界面将Volume Fraction的格式勾选为Geo-reconstruct

注：我们是在原因1的基础上更改的，也就是保持湍流模型仍然为k-ω SST 模型

我们还是和最开始的k-e模型数据对比，可以看到将VOF格式更改为Geo-reconstruct后，波高的衰减现象明显减弱，但还是存在衰减的。

也就是说，VOF的求解格式对于波浪耗散有严重的影响，显示求解VOF，空间离散方法采用Geo-reconstruct能够大大减少波浪耗散现象

原因3：时间步长

之前的模型时间步长是0.005s，有小伙伴留言提到，对于波浪流动，时间步长要是T/500~T/1000比较好。

对于本例，波浪的周期为1.4s左右，按照上面的公式计算，时间步长应该为1.4e-3s ~ 2.8e-3s，我们直接将时间步长设置为0.001s。

当然仍然保持湍流模型为k-ω SST 模型，VOF格式为Geo-reconstruct

可以看到，将时间步长改小后，波高曲线确实有所变化，但波高基本保持一致。这说明在一定的合适范围内，时间步长对于波高的影响不够显著

原因4：网格尺寸问题

网格尺寸对于波高衰减也可能有影响。之前的模型网格数量是24000，而且没有边界层

现在我们对网格数量加密，网格数量64000，并且加上边界层

将网格加密后的结果和之前结果对比，可以看到，网格加密后，波高衰减有所减弱。

实际上，经过上面的几个原因的排查和修改后，波高衰减的程度大大减弱，但仍然存在衰减。也就是说还可能有其他的措施能够再次减弱这种衰减。

上面的计算都是在设置数值海滩的基础上，这说明即使设置数值海滩，波高也不应该衰减

经过上面的调试和对比，我们可以认为，更改VOF求解格式和加密网格可以有效的抑制衰减问题，而调整时间步长和修改湍流模型的抑制效果有限。

但以上结论只是针对本案例来说，也有可能其他案例调整时间步长是有效的，这个需要再次验证。

本结论希望能对遇到此类问题的同学提供参考和建议

来源：Fluent学习笔记