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申请/专利权人：中交天津港湾工程研究院有限公司;中交第一航务工程局有限公司

摘要：本发明公开了一种基于双层Boussinesq方程和OpenFOAM模型耦合的岛礁波浪场计算方法，包括以下步骤：S1，建立双层Boussinesq方程模型的计算区域并划分网格；S2，建立双层Boussinesq方程模型；S3，求解双层Boussinesq方程模型；S4，确定耦合边界、建立OpenFOAM模型计算区域并划分网格；S5，处理双层Boussinesq方程模型计算结果，转化为OpenFOAM可用的入射波要素；S6，OpenFOAM模型计算，计算结果后处理。本发明提出的计算方法结合了双层Boussinesq水波方程计算速度快且具有较好的色散性和非线性、OpenFOAM能捕捉破碎的优势，可以获得沿水深任意位置的速度，克服了传统势流模型的局限，在耦合计算时更有优势。

主权项：1.一种基于双层Boussinesq方程和OpenFOAM模型耦合的岛礁波浪场计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，建立双层Boussinesq方程模型的计算区域并划分网格；S2，建立双层Boussinesq方程模型，双层Boussinesq方程模型的水波控制方程为： （1） （2）上述方程中，是自由表面高程，t表示时间，和是自由表面处的横向和垂向速度，是重力加速度，x表示水平坐标，下角标x表示该物理量对x的偏导运算；S3，求解双层Boussinesq方程模型；S4，确定耦合边界、建立OpenFOAM模型计算区域并划分网格；S5，处理双层Boussinesq方程模型计算结果，转化为OpenFOAM可用的入射波要素；包括以下内容：（1）耦合边界处双层Bussinesq方程计算结果的提取设定时间步长dt，按时间步提取耦合边界处双层Boussinesq方程计算出的波面和沿水深各个点的速度u，w； （11） （12）其中方程中的系数用以下公式计算： z是水平方向某个网格代表的水深,是第一层的垂向位置,是第二层的垂向位置；把这个水深的所有位置遍历一遍,得到这个水深下所有水质点的速度；（2）波面转化为OpenFOAM相分数OpenFOAM中对体积分数α定义为水体积占网格总体积的比例，即： 将Boussinesq计算得到的波面按步骤S2得到的入射边界网格信息逐点映射到OpenFOAM入射边界，具体实现方法是，对耦合边界处的OpenFOAM网格从下至上依次判断：若-zi=0.5*dzi，令=1；若-zi=-0.5*dzi，令=0；若-zi=0，令=-zi+0.5*dzidzi；若-zi0，令=0.5*dzi-zi+dzi；依此完成波面数据格式转化；（3）流速转化为OpenFOAM格式双层Boussinesq方程模型可得到计算网格上任一点的流速，直接用方程11和方程12直接计算u，w；S6，根据步骤S5的计算转化完的波浪要素作为输入条件，用OpenFOAM模型计算，计算结果后处理。

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