REEF3D 25.05版本更新：多体动力学与泥沙输运的重大升级

REEF3D 25.05版本更新：多体动力学与泥沙输运的重大升级

项目简介

REEF3D是一套先进的计算流体动力学(CFD)开源软件套件，专注于自由表面流动、波浪动力学、泥沙输运及流固耦合等复杂流体力学问题的数值模拟。该软件采用现代数值方法和高性能计算技术，广泛应用于海洋工程、海岸工程、水利工程及环境流体力学等领域的研究与工程设计。

25.05版本核心更新内容

1. 多体动力学系统增强

本次更新对6自由度(6DOF)多体系统进行了重大改进：

• 隐式ID系统实现：将多体6DOF识别系统改为隐式算法，显著提高了数值稳定性和计算精度，特别适用于复杂多体相互作用场景。
• 多体离散元计算：新增了对多体离散元素计算的支持，使得模拟多个运动物体之间的相互作用更加精确。
• 三角形切换问题修复：解决了近期版本中出现的6DOF三角形切换问题，确保了几何处理过程的可靠性。

这些改进使得REEF3D在模拟海洋结构物相互作用、浮式风力机阵列等工程问题时更具优势。

2. 泥沙输运模型优化

泥沙输运模块获得了多项重要更新：

• 悬沙输运算法升级：改进了悬浮泥沙输运(CFD)的计算方法，提高了模拟精度。
• 沙滑算法改进：针对直接强迫法更新了泥沙滑移算法，更好地模拟了海底地形演变过程。
• 活跃海滩处理：更新了活跃海滩区域的泥沙输运处理方式，使海岸线演变模拟更加真实。
• 床载公式阈值函数：为各种床载输运公式添加了阈值函数，更准确地反映泥沙起动条件。
• 输出参数丰富：新增了泥沙移动数(mobility number)的输出，为分析提供更多有用参数。

3. 计算效率提升

针对不同类型模拟的计算性能进行了多项优化：

• 二维模拟加速：显著提高了纯二维问题(如平面二维水流)的计算效率。
• 泥沙模拟优化：专门针对泥沙输运模拟场景进行了算法优化，减少计算耗时。
• 时间步长计算：改进了泥沙模拟中的时间步长计算方法，在保证稳定性的同时尽可能增大时间步长。

4. 湍流模型与边界条件改进

• 湍流模型一致性：改进了非静水压力流动(NHFLOW)中的湍流模型实现，提高了不同工况下的计算一致性。
• 对数剖面入流：在NHFLOW模块中新增了对数速度剖面入流边界条件，更真实地模拟大气边界层或渠道流动。
• 自由出流修正：修复了浅水流动(SFLOW)模块中的自由出流边界条件问题。

5. 监测与输出功能增强

• 固体强迫对象可视化：为NHFLOW模块添加了VTP格式的固体强迫对象输出，便于后处理分析。
• 速度剖面监测：新增了u-速度剖面监测点功能，方便获取垂向速度分布。
• 大数量测点支持：解决了当设置大量波浪测点时可能出现的问题(SFLOW、FNPF、NHFLOW模块)。
• 大文件处理：修复了SFLOW模块中处理大量探测数据文件时的问题。

6. 其他重要修复与改进

• RK3直接强迫问题：修正了Runge-Kutta三级时间积分在直接强迫法中的应用问题。
• 床面剪切应力计算：修正了SFLOW模块中的床面粗糙高度(ks)计算方法。
• 流变密度更新：完善了非牛顿流体流变模型中的密度处理。

技术意义与应用价值

REEF3D 25.05版本的这些更新从多个维度提升了软件的性能和适用范围：

1. 工程应用扩展：增强的多体动力学功能使其在浮式结构物阵列、波浪能装置群等复杂工程场景中更具实用价值。

2. 海岸过程模拟：改进的泥沙输运算法和活跃海滩处理使海岸演变、河口地貌变化的模拟更加精确可靠。

3. 计算效率提升：针对特定问题的优化使大规模长期模拟变得更加可行，降低了计算成本。

4. 用户体验改善：丰富的输出选项和监测功能为结果分析和验证提供了更多便利。

这些改进共同巩固了REEF3D在复杂流体力学问题模拟领域的地位，为科研人员和工程师提供了更加强大、可靠的工具。特别值得注意的是，本次更新中多项改进都针对实际工程应用中遇到的痛点问题，体现了开发团队对用户需求的积极响应。