Modelagem acoplada integrada em profundidade e Navier–Stokes das interações onda–corrente–estrutura

Este estudo apresenta uma estrutura de decomposição de domínio que acopla um modelo de onda–corrente totalmente não linear, integrado em profundidade, com um resolvedor de dinâmica de fluidos computacional (CFD) Navier–Stokes/VOF para alcançar simulações precisas e eficientes de interações complexas onda–corrente–estrutura. Diferente dos acoplamentos baseados em fluxo potencial ou Boussinesq, o componente integrado em profundidade resolve a transformação da onda de águas profundas para rasas e correntes com cisalhamento vertical, fornecendo elevações da superfície livre e campos de velocidade resolvendo fase para um domínio CFD localizado. O acoplamento é realizado através de zonas de relaxamento compactas com termos fontes espacialmente ponderados que garantem geração e absorção eficazes de onda–corrente, enquanto o resolvedor CFD é confinado à região próxima para resolver interações detalhadas fluido–estrutura. Eficiência adicional é alcançada ao inicializar o resolvedor CFD com campos de fluxo pré-calculados pelo modelo integrado em profundidade, evitando as longas fases de propagação e estabilização típicas do CFD independente. A validação contra soluções analíticas e experimentos laboratoriais inclui (1) propagação não linear de ondas em águas profundas, (2) ressurgência sobre um banco, (3) mares aleatórios multidirecionais sobre um banco submerso, (4) interações focadas onda–cilindro, e (5) interações onda–corrente com cisalhamento vertical–cilindro. O modelo reproduz tanto a cinemática das ondas quanto a carga estrutural com alta precisão, alcançando ganho de eficiência superior a uma ordem de magnitude em relação ao CFD de domínio completo. A estrutura oferece, portanto, um caminho prático para estender capacidades CFD de alta fidelidade para aplicações realistas em engenharia costeira e oceânica de grande escala. • Desenvolveu uma estrutura de decomposição de domínio acoplando um modelo integrado em profundidade com CFD. • Possibilitou geração e absorção eficientes de ondas e correntes através de zonas de relaxamento compactas. • Validado em casos de águas profundas, ressurgência, ondas irregulares e focadas com forte concordância. • Reproduziu com precisão interações de ondas focadas, correntes com cisalhamento vertical e cilindros. • Alcançou ganho de eficiência superior a uma ordem de magnitude comparado com CFD de domínio completo.