This work discusses the correct modeling of the fully nonlinear free surface boundary conditions to be prescribed in water waves flow simulations based on potential flow theory. The main goal of such a discussion is that of identifying a mathematical formulation and a numerical treatment that can be used both to carry out transient simulations, and to compute steady solutions -- for any flow admitting them. In the literature on numerical towing tank in fact, steady and unsteady fully nonlinear potential flow solvers are characterized by different mathematical formulations. The kinematic and dynamic fully nonlinear free surface boundary conditions are discussed, and in particular it is proven that the kinematic free surface boundary condition, written in semi-Lagrangian form, can be substituted by an equivalent non penetration boundary condition by all means identical to the one used on the surface of floating bodies or on the basin bottom. The simplified mathematical problem obtained is discretized over space and time via Boundary Element Method (BEM) and Implicit Backward Difference Formula (BDF) scheme, respectively. The results confirm that the solver implemented is able to solve steady potential flow problems just by eliminating null time derivatives in the unsteady formulation. Numerical results obtained confirm that the solver implemented is able to accurately reproduce results of classical steady flow solvers available in the literature.


翻译:这项工作讨论了根据潜在流动理论在水浪流模拟中规定的完全非线性自由地表边界条件的正确建模问题,讨论的主要目的是确定数学配方和数字处理方法,既可用于进行瞬态模拟,又可用于计算稳定的解决办法 -- -- 对任何流动都予以接受。在关于数字拖车罐的文献中,稳定和非稳定地完全非线性潜在流动溶解器的特征是不同的数学配方。讨论了动态和动态的完全非线性自由地表边界条件,尤其证明了以半拉格朗格形式编写的运动自由地表边界条件可以被等同的非渗透性非渗透边界条件所取代,所有手段与漂浮体表面或海盆底使用的相同。通过边界EEM方法(BEM)和隐含性的后向差异公式(BDF)方案获得的简化数学问题在空间和时间上是分解的。结果证实,所执行的解算器能够解决稳定的潜在流动问题,只要消除不固定时间衍生物,就可以稳定地稳定地稳定地复制成型。

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