实时耦合的潜流与粘性流动方法用于带有浮升板的浮动结构

浮升板被广泛用于通过引入显著的粘性阻尼和附加质量效应来抑制浮动结构的浮升运动，这两者都受到非线性涡旋形成和脱落而强烈依赖于Keulegan–Carpenter数。虽然双相计算流体动力学（CFD）能够准确解决这些现象，但其高计算成本限制了常规工程应用。相比之下，增强莫里森项的潜流方法需要对拖曳系数（CD）进行经验校准，从而减弱预测的鲁棒性。本研究提出了一种实时耦合框架，将全球潜流求解器与局部单相CFD求解器相结合，以解决浮升板周围的高度非线性流动。这些求解器共享相同的运动方程，并通过在每个时间步进行直接力耦合来推进体运动。与发布的实验和双相CFD基准进行的验证对于自由衰减、强迫振荡和规则波条件下的浮升板圆柱体示范了对幅度依赖性阻尼、自然周期变化和共振抑制的准确预测。在自由衰减模拟中，预测的自然周期与双相CFD和实验结果一致在3%以内，而阻尼比偏离基准值不到7%。所提出的框架在CPU小时方面将计算成本降低了25倍以上。对不同浮升板直径比和浸没深度的参数研究表明，增加浮升板尺寸会增强非线性阻尼和附加质量效应，从而导致自然周期延长和谐振响应减少。