This paper proposes an efficient potential and viscous flow decomposition method for wave-structure interaction simulation with single-phase potential flow wave models and two-phase Computational Fluid Dynamics (CFD) solvers. The potential part - represents the incident waves - is solved with spectral wave models; the viscous part - represents the complementary perturbation on the incident waves - is solved with the CFD solver. This combination keeps the efficiency and accuracy of potential theory on water waves and the advantage of two-phase CFD solvers on complex flows (wave breaking, flow separation, etc.). The decomposition strategy is called Spectral Wave Explicit Navier-Stokes Equations (SWENSE), originally proposed for single-phase CFD solvers. Firstly, this paper presents an extension of the SWENSE method for two-phase CFD solvers. Secondly, an accurate and efficient method to interpolate potential flow results obtained with the High Order Spectral (HOS) wave model on CFD mesh is proposed. The method is able to reduce the divergence error of the interpolated velocity field to meet the CFD solver's needs without reprojection. Implemented within OpenFOAM, these methods are tested by three convincing verification, validation and application cases, considering incident wave propagation, high-order loads on a vertical cylinder in regular waves, and a Catenary Anchor Leg Mooring (CALM) buoy in both regular and irregular waves. Speed-ups between 1.71 and 4.28 are achieved with the test cases. The wave models and the interpolation method are released open-source to the public.

中文翻译：

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使用两相计算流体动力学求解器的波-结构相互作用的谱波显式 Navier-Stokes 方程

本文提出了一种有效的势流和粘性流分解方法，用于使用单相势流波模型和两相计算流体动力学 (CFD) 求解器进行波-结构相互作用模拟。潜在部分 - 代表入射波 - 用光谱波模型求解；粘性部分 - 代表入射波的互补扰动 - 使用 CFD 求解器求解。这种组合保持了水波势理论的效率和准确性，以及两相 CFD 求解器在复杂流动（波浪破碎、流动分离等）上的优势。分解策略称为频谱波显式纳维-斯托克斯方程 (SWENSE)，最初是为单相 CFD 求解器提出的。首先，本文介绍了用于两相 CFD 求解器的 SWENSE 方法的扩展。其次，提出了一种准确有效的方法，用于在 CFD 网格上插入使用高阶谱 (HOS) 波模型获得的势流结果。该方法能够减少插值速度场的发散误差以满足CFD求解器的需要，无需重新投影。在 OpenFOAM 中实施，这些方法通过三个令人信服的验证、验证和应用案例进行测试，考虑入射波传播、规则波浪中垂直圆柱上的高阶载荷以及规则和不规则的悬链锚腿系泊 (CALM) 浮标波浪。测试用例实现了 1.71 和 4.28 之间的加速。波浪模型和插值方法向公众开放源代码发布。提出了一种在 CFD 网格上使用高阶谱 (HOS) 波模型对势流结果进行插值的准确有效方法。该方法能够减少插值速度场的发散误差以满足CFD求解器的需要，无需重新投影。在 OpenFOAM 中实施，这些方法通过三个令人信服的验证、验证和应用案例进行测试，考虑入射波传播、规则波浪中垂直圆柱上的高阶载荷以及规则和不规则的悬链锚腿系泊 (CALM) 浮标波浪。测试用例实现了 1.71 和 4.28 之间的加速。波浪模型和插值方法向公众开放源代码发布。提出了一种在 CFD 网格上使用高阶谱 (HOS) 波模型对势流结果进行插值的准确有效方法。该方法能够减少插值速度场的发散误差以满足CFD求解器的需要，无需重新投影。在 OpenFOAM 中实施，这些方法通过三个令人信服的验证、验证和应用案例进行测试，考虑入射波传播、规则波浪中垂直圆柱上的高阶载荷以及规则和不规则的悬链锚腿系泊 (CALM) 浮标波浪。测试用例实现了 1.71 和 4.28 之间的加速。波浪模型和插值方法向公众开放源代码发布。该方法能够减少插值速度场的发散误差以满足CFD求解器的需要，无需重新投影。在 OpenFOAM 中实施，这些方法通过三个令人信服的验证、验证和应用案例进行测试，考虑入射波传播、规则波浪中垂直圆柱上的高阶载荷以及规则和不规则的悬链锚腿系泊 (CALM) 浮标波浪。测试用例实现了 1.71 和 4.28 之间的加速。波浪模型和插值方法向公众开放源代码发布。该方法能够减少插值速度场的发散误差以满足CFD求解器的需要，无需重新投影。在 OpenFOAM 中实施，这些方法通过三个令人信服的验证、验证和应用案例进行测试，考虑入射波传播、规则波浪中垂直圆柱上的高阶载荷以及规则和不规则的悬链锚腿系泊 (CALM) 浮标波浪。测试用例实现了 1.71 和 4.28 之间的加速。波浪模型和插值方法向公众开放源代码发布。规则波浪中垂直圆柱体上的高阶载荷，以及规则和不规则波浪中的悬链锚腿系泊 (CALM) 浮标。测试用例实现了 1.71 和 4.28 之间的加速。波浪模型和插值方法向公众开放源代码发布。规则波浪中垂直圆柱体上的高阶载荷，以及规则和不规则波浪中的悬链锚腿系泊 (CALM) 浮标。测试用例实现了 1.71 和 4.28 之间的加速。波浪模型和插值方法向公众开放源代码发布。