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流体自由面运动是自然界中的一种常见现象，与人类生存发展息息相关，在科学研究和工程应用中都有着重要价值。随着计算机性能的逐步提升和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的不断发展，数值模拟已经成为研究流体运动问题的重要方式之一。为实现更高精度和效率的模拟，一种新的网格技术——自适应网格方法(Adaptive Mesh Refinement,AMR)受到了广泛关注。
本文基于开源的树型块结构自适应网格框架——Afivo(Adaptive Finite Volume Octree)，结合CIP模型（Constraint Interpolation Profile Model)的流场和自由面求解器，构建更为高效的CFD模型。以不可压缩Navier-Stokes方程为流体控制方程，使用高阶紧致的CIP方法保证对流项的高精度求解，采用多重网格方法提高压力泊松方程求解的迭代收敛速度;采用VOF(Volume of Fluid)类型的THNC/SW(Tangent of Hyperbola for Interface Capturing with Slope Weighting)捕捉方法实现自由面的重构;同时，分别以涡量和流体体积分数为自适应准则实现不同区域的动态网格调整。
通过泊松方程和单涡流基准算例的计算，验证了模型求解流场具备二阶空间精度;并对顶盖驱动方腔流和方柱绕流问题进行模拟，自适应模型比现有CIP模型的效率提升了12倍;效率提升主要来源于(1)多重网格方法可加速压力迭代收敛;(2)网格块的使用实现并行计算;(3)自适应网格方法减少大量非敏感区域的网格数。
随后模拟了自由表面流问题。通过经典Zalesak刚体旋转和反向单涡剪切流基准算例验证自适应模型的界面捕捉模块，结果显示计算精度未出现明显降低。对溃坝和液舱晃荡两类经典问题开展数值模拟，自由面形态和壁面压力的计算结果与物理实验及现有CIP模型数值结果吻合较好，初步验证开发的自适应模型在复杂界面流动问题中的适用性，同时计算效率较现有CIP模型有6倍的提升。
最后对开发的自适应模型开展初步的工程应用，开展孤立波在不同浸没水下结构上传播的模拟，并探究双垂直板式水下防波堤问距对孤立波消浪性能的影响;结果表明双潜堤结构的合适问距可增加孤立波传播过程中的能量耗散，实现较好的消浪效果。
本文基于开源的树型块结构自适应网格框架——Afivo(Adaptive Finite Volume Octree)，结合CIP模型（Constraint Interpolation Profile Model)的流场和自由面求解器，构建更为高效的CFD模型。以不可压缩Navier-Stokes方程为流体控制方程，使用高阶紧致的CIP方法保证对流项的高精度求解，采用多重网格方法提高压力泊松方程求解的迭代收敛速度;采用VOF(Volume of Fluid)类型的THNC/SW(Tangent of Hyperbola for Interface Capturing with Slope Weighting)捕捉方法实现自由面的重构;同时，分别以涡量和流体体积分数为自适应准则实现不同区域的动态网格调整。
通过泊松方程和单涡流基准算例的计算，验证了模型求解流场具备二阶空间精度;并对顶盖驱动方腔流和方柱绕流问题进行模拟，自适应模型比现有CIP模型的效率提升了12倍;效率提升主要来源于(1)多重网格方法可加速压力迭代收敛;(2)网格块的使用实现并行计算;(3)自适应网格方法减少大量非敏感区域的网格数。
随后模拟了自由表面流问题。通过经典Zalesak刚体旋转和反向单涡剪切流基准算例验证自适应模型的界面捕捉模块，结果显示计算精度未出现明显降低。对溃坝和液舱晃荡两类经典问题开展数值模拟，自由面形态和壁面压力的计算结果与物理实验及现有CIP模型数值结果吻合较好，初步验证开发的自适应模型在复杂界面流动问题中的适用性，同时计算效率较现有CIP模型有6倍的提升。
最后对开发的自适应模型开展初步的工程应用，开展孤立波在不同浸没水下结构上传播的模拟，并探究双垂直板式水下防波堤问距对孤立波消浪性能的影响;结果表明双潜堤结构的合适问距可增加孤立波传播过程中的能量耗散，实现较好的消浪效果。