使用具有精确投影算法的能量守恒MPS方法进行不规则波浪模拟

《Coastal Engineering Journal》：Irregular wave simulation using an energy-conserved MPS method with an accurate projection algorithm

本文提出基于改进MPS方法的高能量守恒数值模型，采用准确投影算法（APA）和动态稳定化改进方案（IDS），通过平面二维振荡滴、垂直二维驻波和孤立波三种基准测试验证，并成功模拟波浪水槽中无衰减的不规则波。

　　

摘要

本文采用移动粒子半隐式（MPS）方法对不规则波浪进行了模拟。不规则波浪由具有多种频率和波高的分量波组成；然而，为了在数值模拟中有效再现这些波浪，必须使用具有足够高能量守恒特性的数值模型。通常，传统的粒子方法在能量守恒方面存在不足，无法成功模拟传播较长距离的不规则波浪。因此，在本研究中，我们提出了一种基于MPS的、具有高能量守恒特性的数值模型。我们指出，原始MPS方法的标准算法并非严格基于投影法，并提出了一种改进算法（即精确投影算法APA）来完全解决这一问题。所提出的模型结合了APA以及几种改进的MPS基离散化方案（包括改进的动态稳定化IDS方案），具有较高的能量守恒性能。该模型通过三种基准测试进行了验证：平面二维振荡水滴测试、垂直二维驻波测试和孤立波测试。随后，我们在底部平坦的水槽中进行了不规则波浪的模拟实验，结果表明该模型能够模拟出不会衰减波高的不规则波浪。