局部波浪振荡对浮式防波堤消波效果影响分析

为获得浮式防波堤腔体内部波浪振荡对其消波效果的影响,基于CFD技术,建立含局部开口腔室结构浮式防波堤内外流场共同作用下的水动力响应数值模拟方法,通过试验数据对比分析,验证数值计算准确性。结果表明,浮式防波堤腔体内部波浪振荡可以有效提升消波效果,但腔内发生大幅波浪共振时,消波效果并不理想。在此基础上,考虑不同腔体模型对腔内波浪振荡和消波性能的影响,研究发现,在本文模型数据范围内,浮式防波堤局部开口腔室个数增多,使得腔内波浪振荡加剧,浮式防波堤消波效果提升。     

不规则波作用下的泊位长周期波浪试验研究

基于港口波浪整体物理模型试验并将泊位水域的波浪进行长短波分离,对不规则波作用下的泊位水域长周期波高的分布规律进行研究。结果表明:旧防波堤的反射对泊位处的长周期波高影响较大,其反射性能越强,泊位受长波危害越严重,在进行港口规划建设过程中可以通过减少港域原有建筑物的反射性能来减小港内长波;单向不规则波在泊位处的长波波高明显大于多向不规则波,在港口前期建设规划时用单向波来考虑长周期波浪对港内泊稳的影响更偏安全;泊位处的长周期波高随着入射波高、周期的增大而增大且波向的改变对港内的长波有一定的影响,但只当波向变化较大时,长波波高随波向的变化规律才明显。     

基于Boussinesq模型的刚性植被水域波浪传播特性数值分析

通过在Boussinesq水波模型中引入拖曳应力项来考虑植被对波浪的衰减作用,建立了波浪在近岸刚性植被水域传播运动的数值模型。在对模型进行验证的基础上,模拟分析了植被特征参数与入射波要素对波浪传播运动的影响。数值模拟结果表明,波浪在近岸植被区传播时,随着植被密度和植被淹没高度的增加,波浪传播中波高衰减率增大、波能损耗率增大;随着入射波高的增加,波浪传播中波高衰减率增大、波能损耗率增大。     

斜向波浪作用下直立式防波堤前沿波浪特性试验研究

在波浪与结构物相互作用过程中,若入射波波向与结构物小于某个角度时,会产生沿着建筑物传播的Stem波。它的波能在传播过程中迅速集中,对堤结构的稳定性以及港内波浪条件产生重要的影响。通过三维波浪物理模型试验,对比分析了规则波和不规则波下Stem波的波高分布随波浪入射角的变化规律以及不同结构形式防波堤前Stem波的波高分布。研究结果表明：规则波和不规则波作用下直立堤前Stem波波高垂直于堤轴线方向均呈部分驻波的分布形式,规则波作用下直立堤前Stem波波高垂直于堤轴线方向的变化幅度明显大于不规则波。对于不开孔直立堤,相同入射波浪周期下,波陡较大时Stem波比波高较小;而在不同波浪周期下,波浪入射角较小时,波陡对Stem波比波高影响不大;在波浪入射角度较大时,波陡较大则Stem波比波高较小。波浪入射角和直立堤开孔与否对直立堤前Stem波比波高的影响较大,且规律明显。     

波浪的非线性对斜坡堤反射和透射性能影响的试验研究*

防波堤的反射和透射性能是评价防波堤的重要指标。通过物理模型试验研究不规则波作用下波浪的非线性对斜坡式防波堤的反射和透射的影响。应用基于小波变换的时域入反射波浪分离方法分析防波堤前的入射波和反射波,进而得到防波堤的反射系数和透射系数,并将试验分析结果与现有斜坡式防波堤透射系数结果进行对比,讨论不规则波浪的非线性和水位对反射和透射的影响。结果表明,防波堤的反射系数随着波浪非线性和水位的增加而减小,随着波浪非线性的增强,波浪的透射系数减小,而水位越大透射系数越大;现有的防波堤透射系数公式计算的结果均偏小,特别是高水位情况下更为显著;所采用的防波堤具有较好的阻挡入射低频波浪的功能。     

防波堤堤后次生波的试验研究

在小比尺的大范围整体物理模型试验及数值模拟中,由于模型本身存在底摩阻、比尺效应及计算软件等影响因素,测量所得堤后次生波波高精度较低。因此通过采用大比尺波浪断面物理模型试验,选取不同入射波要素和堤顶淹没水深,研究次生波的基本特性,得到入射波高与次生波的关系;同时利用局部整体模型,分析得出波浪对防波堤不同角度入射时,角度与堤后次生波的关系。试验结果可为大范围整体物理模型试验提供校验依据,也可为数值模拟防波堤堤顶越浪,进行参数调整提供必要的依据。     

陡波和碎波发生概率的数值模拟方法

在分析船舶在波浪中的动力学及波浪诱导的载荷时,应该重视海洋波浪模拟的重要性。线性波浪理论已成功地应用于许多船舶耐波性研究,但还有许多耐波性问题有待于对波浪运动学作深入研究,例如由于陡波或碎波对船首的砰击力,陡波中的横甩及波浪中滑行艇的运动等。本文提出了一种模拟非线性不规则波的数值方法。通过引入合理的边界条件,陡波运动可以用一个简单的边界积分公式描述且易于数据计算。应用“峰高加速度阈值方法”,可先确定短期海况中碎波发生概率及陡波的时间序列。这样,在一个特定的时间间隔内,可以在时域内模拟波浪运动,从而分析在一个短期海况中不规则陡波的发生概率和严重程度。     

透浪建筑物掩护水域波浪数值模拟研究

为了研究透浪水工结构掩护水域的波浪条件,采用MIKE21系列软件的BW模块及SWAN模型对假定工况下的波 浪传播进行了模拟。通过2组数值模拟结果与整体波浪物理模型试验结果的对比,比较了2种数值方法模拟掩护水域波浪条 件的可行性及适用性,然后采用SWAN模型模拟了12级风条件下潜堤掩护水域的风浪场,取得了较好的效果。     

基于脉冲响应函数法计算小尺度圆柱上的不规则波浪力

通过对波动传递函数的逆傅里叶变换建立脉冲响应函数的解析表达式,在仅已知不规则波波面过程线的情况下,利用脉冲响应函数与已知波面序列的卷积求得不规则波的速度场,并计算不规则波浪序列引起的水质点速度、加速度。通过与线性波浪叠加法的对比验证了方法的正确性,并应用Morison方程计算小尺度圆柱上的不规则波浪力。对不规则波浪力进行频谱分析得到:在非线性较弱时,脉冲响应法求得的波浪力谱与线性谱分析法的波浪力谱较为接近。随着波浪非线性的增强,脉冲响应法求得的速度力谱与线性谱分析法相比峰值不断增大,在低频和高频处能量增多,在主要能量区的谱宽也不断增加,而惯性力谱与线性谱分析方法结果基本相同。     

不规则波对方箱浮式防波堤作用的数值模拟

采用线性波浪叠加法对不规则波进行数值模拟,采用时域边界元法对不规则波作用下的方箱浮式防波堤进行数值模拟。首先验证了不规则波的数值模拟的准确性,进而对不规则波作用下固定方箱浮式防波堤的受力进行数值模拟,并与规则波结果进行比较。结果表明不规则波作用下,单位宽度方箱垂向受力最大值要大于水平受力的最大值;与规则波情况相比,方箱的水平向受力变化幅度减小,垂向受力和横摇力矩则幅值增加。     

双色波激发细长港内低频振荡的物理试验研究

通过物理试验研究双色波传入细长港池并激发港池低频振荡,合理的试验布局降低了波浪二次反射对造波机的影响问题。利用快速Fourier变换和小波变换方法分析双色波在港内的幅频响应以及波浪能量的时-频分布情况,并利用小波二阶谱分析港内波浪不同成分之间的非线性相互作用过程。结果表明:当双色波短波频率对应港池不同共振频率时,通过波浪非线性相互作用产生的二阶长波在港内响应幅值不同;短波频率对应港池较低共振频率时,波浪会在港内聚集更多的能量;二阶长波以及高次谐波与双色短波之间呈复杂的非线性能量传递过程。     

不规则波作用下的港域波浪条件试验研究

针对数学模型很少能较好地模拟天然海浪的多向性、不规则性的特点,基于港口波浪整体物理模型试验,对不规则波作用下港域内测点的波高扰动系数的分布规律进行研究。结果表明:在绕射作用为主的掩护区域,多向波的绕射性能大于单向波,波浪扰动系数较大;波浪绕射、反射作用均十分强烈的掩护区域,多向不规则波与单向不规则波的扰动系数看不出明显的大小关系。以反射作用为主的掩护良好区域,单向不规则波的扰动系数较多向不规则波的要大,且受反射作用越大的区域,单向波的扰动系数大的越多。在以绕射作用为主的掩护区域,波浪分布对周期的敏感性较差;在以反射作用为主的掩护良好区域,波高分布对周期的敏感性较强。在绕射、反射都较强的情况下有可能单向波作用下的港内波高大于单向波,用单向不规则波来模拟反而是偏安全的。在进行港内波况整体模型试验时需要根据实际的工程条件做出综合考虑来决定波型,必要时要对单向、多向不规则波都要进行试验以确定最佳方案。     

海港工程疏浚对波浪传播的影响

针对海港工程疏浚边界处大角度入射波浪的显著折射和类似"全反射"现象,及其可能对航道、防波堤及港内不同位置产生的不利影响,采用Boussinesq方程建立典型数学模型,并对相关控制性试验要素进行无量纲处理,试验得出不同条件下的波浪场分布及各要素的影响规律。结果显示,各类影响要素中,入射波高-水深比、海底坡度、入射角对最大波高值及波能聚集位置的影响相对显著。     

多口门港池模型试验波浪入射条件的叠加方法

在研究非均匀水深场中多口门港池波浪入射问题时,传统的"一段造波法"无法同时满足各口门的波浪入射条件,引起了港内波况的显著误差。"分段造波法"的出现较好地解决了这一问题,但在应用这种造波方法时要求物理模型在一线布置的造波板上任意位置实现分段独立控制,造波机系统的改造成本高、技术实现困难。提出了基于"一段造波法"的单口门港池试验模型叠加法,在不改造现有造波机系统的前提下解决了上述问题,并通过实例验证了这种方法的可靠性。     

大连长兴岛北港区波浪条件数值模拟研究

利用国际通用的MM5风场模式和SWAN浪场模式,通过推算影响工程海域的台风和寒潮大风天气过程,得到工程海域-30 m等深线处不同重现期设计波要素,然后采用MIKE 21 NSW和BW波浪数学模型,对工程规划方案设计波要素和港内波况进行了计算。结果表明:工程受N向和NNE向风浪影响相对较大,外海波浪传播至防波堤处无明显衰减;设计高水位重现期50 a时防波堤处最大H1%约7.3 m;防波堤对港内围堰掩护较好,建成后港内波浪条件明显改善。     

航道尺度对波高分布的影响

港口建设中进港航道的开挖对于波浪的传播有重要的影响。根据物理模型试验的结果,对波浪在航道区域的传播规律进行探讨,分别阐述波浪入射角、航道水深、航道宽度对波浪传播变形的影响。当波浪小角度入射时,航道中心比波高随着传播距离的增长而减小,在两侧边滩形成较大波高带。波浪人射角度较大时,易在航道迎浪侧产生波能集中,在背浪侧波高减小。此外,航道水深增大使得在一定长度范围内航道的折射作用增强。另一方面,宽深航道对于波浪在航道边坡的折射作用较窄浅航道更为显著。根据试验,同时分析了各航道尺度对港内区域波高分布特征的影响。研究成果对港口航道工程的规划设计具有指导意义。     

极浅水单点系泊FPSO低频响应分析

对单点系泊FPSO在极浅水中波浪作用下的低频响应进行频域数值计算与模型试验研究,水深16.7m,入射波有义波高4.1m.计算结果与试验结果符合良好.试验中的波浪校验结果显示,在不规则波浪谱中出现明显的低频成分.由此产生了一阶低频波浪力,其能量谱是通常二阶波浪力谱的近百倍,导致FPSO在极浅水中所受低频波浪力大大增加,并引起极大幅度的共振纵荡运动响应.极浅水时,低频纵荡运动响应主要是一阶的,二阶成分几乎可以忽略,而且与深水相比,由于阻尼和二阶波浪力同时增加,二阶响应变化不大.低频浅水长波和一阶低频波浪力及其诱导大幅运动响应会给极浅水FPSO和系泊系统设计带来严重影响,在水动力性能预报时必须仔细予以考虑.     

不规则波浪在陡坡上非线性传播变形的试验研究

通过试验研究了不规则波浪在一陡坡(1:10)上的传播过程中的非线性特征。为达到研究目的,在试验水槽中以JONSWAP谱为靶谱生成了两组随机波浪。试验结果显示,在坡前常水深区域和坡顶,两种波况下波高分布均符合瑞利分布;但是在变浅区域两种波况的波高分布却不尽相同。应用基于小波变换的二阶相位谱来分析波浪在传播过程中的非线性相位耦合特征,结果表明：随着水深的变浅,波浪的非线性逐渐增强并且参与非线性相互耦合的频率成份也越来越多。通过二阶相位谱发现：随着水深的减小,参与最强的非线性相位耦合频率向高频处移动。另外通过傅立叶频谱、二阶谱以及二阶频谱共同分析陡坡上两组波况下低频波浪的演化情况。     

中国内海台风浪传播和演化过程数值模拟

基于波作用量守恒方程建立我国内海台风浪生成与传播的模型。用谱峰周期来界定涌浪,通过对全区域的典型台风浪过程的模拟计算,分析了内海台风浪时、空分布特征和演化过程。研究表明:台风登陆后,从能量扩散速度判断,应经历能量由高频向低频转化的过程(易形成长周期波浪),均可传播到渤海海域。生成长周期波浪后,波能衰减速度显著减慢,长周期波浪可在我国北方海域生存2 d以上。涌浪在台风登陆之后的传播速度很快,为50～60 km/h,涌浪传播速度在我国内海可以达到台风中心运动速度的2倍左右。     

堤心石级配变化对不规则波传播影响的试验研究

通过物理模型试验的方法,研究深水斜坡堤的不同质量级配堤心石对不规则波传播的影响。对不规则波的外在规律进行了统计分析,且研究入射波周期、入射波高、堤心石质量级配等因素对防波堤透浪系数的影响,拟合得到考虑无因次参数H_i/d、gT~2/d及堤心石结构B/D_(50)等因素的不规则波透浪系数的计算经验公式,为防波堤工程建设和研究提供参考依据。