En fluiddynamisk analyse av numeriske bølgetanker

Abstract

Markedet i dag er preget av en stadig økende bruk av numerisk fluiddynamikk for å studere bølge-struktur interaksjoner. Numeriske bølgetanker blir brukt for å modellere bølger og undersøke interaksjoner. Stabilitet og nøyaktighet er essensielt for gode resultater, hvor bølgegenerering er blant de tekniske utfordringene. Denne masteroppgaven presenterer retningslinjer for bølgegenerering med to forskjellige metoder, og sammenligner simulerte bølger med analytiske løsninger. Programmet FINE/Marine, basert på Reynolds Averaged Navier-Stokes ligninger, og benytter Volume of Fluid metoden for å modellere fri væskeoverflate. Bølge- og overflate sensorer brukes for å måle bølgehevningene i tid og rom. Resultater indikerer at maksimum steilhet ved bruk av retningslinjene ikke bør overstige 1/33, og da vil retningslinjene resultere i regulære sinusbølger av høy kvalitet uavhengig av bølgegenererings metode. Effekten av bølgedemping viste seg sterkt avhengig av brukt metode. Avslutningsvis mistet bølgene energi da de forplantet seg nedover den numeriske bølgetanken, og ytterlige undersøkelser bør gjøres for å forbedre dette.

Computational Fluid Dynamics (CFD) is increasingly used to study wave-structure interactions. Numerical wave tanks are used to model waves and investigate wave interactions. Stability and accuracy are essential to the performance of NWTs, and accurate wave generation are among the existing technical difficulties. This thesis present guidelines for wave generation with two different methods, and benchmark the simulated waves against analytic solutions. The applied CFD software, FINE/Marine, is based on Reynolds Averaged Navier-Stokes Equations, and it applies the Volume of Fluid method to model the free surface. Wave- and surface probes are used to capture the free surface elevation in time and space. Results indicate that a steepness criteria of 1/33 must be applied using the guidelines, and then regular sinusoidal waves of high accuracy are simulated independent of wave generation method. Sponge layer efficiency highly depends on the wave generation method. Lastly, waves loose energy as they propagate down the NWT, and further investigations should be made regarding this.