黏性对深水波列非线性演化的影响

修正的四阶非线性薛定谔方程(m NLS)所建立的数值模型能有效模拟深水波列的非线性演化,但当演化距离较长时,需考虑黏性衰减作用。在m NLS方程的基础上添加一个黏性修正项,建立更加完善的数值模型。模拟边带扰动初始条件下深水波列的演化,并对该过程中谱成分能量的变化进行分析,进而研究水池宽度、载波波陡、载波频率和尺度因子对深水波列非线性演化能量衰减的影响。     

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。     

深水破碎波周期变化的试验研究*

海洋中波浪周期的表达及准确预测一直是个难题,对于周期推算过程中的影响因素目前缺少系统的研究。根据室内试验,重点分析深水极限波浪传播及破碎过程各特征周期的演化规律。在实验室二维水槽中,基于相速度聚焦方法生成深水聚焦波和破碎波,并通过逐渐增加聚焦波幅使波浪破碎强度增大。由实测的波面序列统计计算跨零点周期和谱平均周期,结果表明,谱平均周期在传播过程中很稳定;波浪聚焦未破碎时聚焦区域前后周期变化率小于1%;波浪破碎后周期明显增大,且增量T随实测波陡（破碎强度）增大而增大;从稳定性和波浪非线性机理的角度分析T0,2的变化规律最能体现深水极限破碎波浪周期的演化特征。     

盘锦某人工岛项目设计波要素数值模拟

针对盘锦某人工岛设计波要素的计算问题,采用MIKE21大范围波浪数学模型方法,在现状地形情况下,对工程实施前附近海域的波浪场进行模拟,计算了工程附近水域的重现期深水波要素和设计波要素。结果表明：1)外海波浪传播至工程区域时,工程位置主要受SW向及SSW向波浪作用。2)波高在-10 m等深线内变化相对较大,传播至工程区域波高衰减约50%左右。3)工程区域东西两侧为浅滩区域,波浪发生破碎,波高衰减明显。4)波浪主要沿深槽进入到工程护岸前沿,SSW向波浪的波高略大于SW向波浪。     

合田良实破波指标修正公式在SWAN模型中的应用

引入合田良实破波指标公式,并利用实验室和现场波浪破碎过程的波高观测数据和SWAN模拟结果对比,提出了合田公式中系数A与深水波陡的经验关系,建立了适宜SWAN模型应用的合田破波指标改进公式。实验室和现场应用表明,采用合田破波指标改进公式时,SWAN模型无需人为调整参数,可以较好地模拟近岸浅水区不规则波破碎的波高变化过程。与SWAN模型中已有破波指标公式相比,引入合田修正公式作为破波指标可以得到更为合理的波浪计算结果。     

薄船在浅水池中运动兴起的孤立波

本文采用广义Boussinesq理论模型,对一个由水底垂直向上伸出水面的薄柱体,在有限定度的浅水池中以跨临界速度运动时生成的浅水波进行了数值计算。计算得出的浅水波,既包括由船首向上游几乎周期性地生成的超前传播的二维孤立波,同时也给出了船体附近及后方具有弱非线性、弱色散性的复杂的三维波。这个理论方法综合地模拟出当系统处于共振状态时实验观测到的新的浅水波现象的各种特征。     

Morison方程正向水动力系数比的初步探讨

提出Morison方程正向水动力系数比的概念,导出表达式;对表达式在浅水波、深水波状况进行简化,得到相应的简化表达式;初步探讨了水深对正向水动力系数比的影响,结果表明:浅水波和深水波时的正向水动力系数比简化表达式是合理的,中等水深的正向水动力系数比与水深的关系表达式有待进一步分析。     

外海深水波要素确定方法比较

在海(近)岸工程中,确定外海深水波要素是一项重要的基础工作.通过3个实例,采用近岸测波站测波资料方法、<海港水文规范>的天气图方法、风场浪场模拟方法对外海深水设计波要素进行了推算,比较了推算结果的差异.研究结果表明,采用近岸测波站测波资料方法与其它两种方法的结果无论是强浪向还是渡高都有明显差异.近岸测渡站测波资料方法有一定的局限性,天气图方法受人为因素影响比较大,风场浪场模拟方法比较复杂,但相对可信.鉴于深水波要素很重要,有必要使用不同方法进行推算,建议使用风场浪场模拟方法.     

基于条件模拟理论的波浪数值模拟

在实验室进行波浪模拟时,有时需要产生既满足某一特定波谱又包含了某一特殊短波列的随机波浪。这往往需要进行大量的波浪模拟,从许多随机波列中进行逐波分析来寻找满足此条件的波浪,费时费力。文章基于Borgman的条件模拟波浪理论,建立了可实现将一特定短波列嵌入满足特定波谱的随机波列中的数值模拟方法。通过加入白噪声的方式,解决了计算中因病态矩阵导致的数值不稳定问题。嵌入不同参数规则波和聚焦波模拟结果表明,嵌入点、嵌入波列的波高和长度的变化对模拟波浪特征影响不大,但是如果嵌入波列的波高较大,嵌入波列后的波浪的最大波高会增大,而嵌入波列与初始随机波列的特征周期应相差不大。     

不同护面形式对潜堤透射系数的影响

针对实际工程中广泛应用的潜堤结构,采用物理模型试验的方法,对不规则波作用下不同护面形式对潜堤透射系数的影响进行了研究,讨论相对堤顶水深、相对堤顶宽度、深水波陡对潜堤透射系数的影响以及不同护面块体对消浪特性的影响。在前人研究成果的基础上,提出了改进的经验计算公式,为潜堤的工程设计提供理论参考。     

水波传播与变形的数值模拟(英文)

A numerical approach was performed to predict the propagation and transformation of nonlinear water waves. A numerical wave flume was developed based on the non-periodic high-order spectral (HOS) method. The flume was applied to analyze the effect of wave steepness and wavelength on the propagation of nonlinear waves. The results show that for waves of low steepness, the wave profile and the wave energy spectrum are stable, and that the propagation can be predicted by the linear wave theory. For waves of moderate steepness and steep waves, the effects associated with the interactions between waves in a wave group become significant and a train of initially sinusoidal waves may drastically change its form within a short distance from its original position.     

离岸深水全直桩码头竖向承载特性有限元数值模拟

建立结构-地基相互作用三维弹塑性有限元模型,分析软土地基上离岸深水全直桩码头竖向承载特性与失稳模式。通过研究得出,竖向荷载作用下,该结构竖向承载特性及失稳模式与土体强度密切相关。当地基较软时,结构竖向极限承载力由地基土体强度决定;当地基较硬时,结构竖向极限承载力由桩身及土体强度共同控制。为此,在进行该类结构设计时,应充分考虑软土地基软化效应等可能降低土体强度的不利因素对结构竖向承载特性及失稳模式的影响。     

Truss Spar平台非线性垂荡-纵摇耦合随机运动分析(英文)

Considering the static stability and the change of the displacement volume, including the influences of higher order nonlinear terms and the instantaneous wave surface, the nonlinear coupled heave-pitch motion was established in stochastic waves. The responses of heave-pitch coupling motion for the Truss Spar platform were investigated. It was found that, when the characteristic frequency of a stochastic wave is close to the natural heave frequency, the large amplitude pitch motion is induced under the parametric-forced excitation, which is called the Mathieu instability. It was observed that the heave mode energy is transferred to pitch mode when the heave motion amplitude exceeds a certain extent. In addition, the probability of internal resonant heave-pitch motion is greatly reduced while the characteristic wave frequency is away from the natural heave frequency.     

基座结构形式对艇体振动特性的影响研究

合理设计船体基座连接结构使其能够有效阻断振动波的传递,这对双层圆柱壳结构减振降噪具有重要的工程应用价值。基于波动理论,探索了有限尺度的"L"形和""形连接结构的波动特性,分析了结构边界对振动波传递的影响规律。以某一双层圆柱壳动力舱段为例,通过数值试验对比分析了不同基座结构连接形式对双层圆柱壳振动特性的影响规律。在此基础上开展了大尺度模型的振动试验测试,为基座连接结构声学设计提供了依据。试验结果表明:""形基座连接结构具有高传递损失特性,基座连接形式改进后双壳动力舱段10-1000Hz频段振动加速度级平均降低约3dB。     

喷水推进器进水流道的声传播特性分析

进水流道作为喷水推进泵脉动声源通过进水口向远场辐射的传递通道,声波经流道传播后流道进口处声压峰值频率相对流道出口声压峰值频率发生较为显著的偏移。为解释该现象,文章以进水流道为对象分析其声传播特性。首先分别利用阻抗出口边界和自动匹配层出口边界计算分析了轴对称变截面管道的声传播特性,计算值与文献值吻合较好,验证了大截面管路声传播特性数值计算的可信性。然后以进水流道为对象,并以面平均声压衰减量为评价流道声学特性的指标,利用自动匹配层出口边界分析了流道的声传播特性。结果表明:由于低频段流道内仅能传递平面波,高次波被衰减,导致该频段声压衰减量较大;声压衰减量的最小值对应频率与喷泵叶频或其谐频接近,使得流道进出口截面处最大声压对应频率产生偏移。     

规则波作用下刚性植被海岸准静态平衡剖面试验

海岸植被作为新兴的生态护岸方式受到广泛关注。针对水动力要素对岸滩演变的作用,进行波浪及水深条件对植被岸滩准静态平衡剖面的影响规律研究。采用物理模型试验的方法,通过定性和定量分析,得出不同波高、不同周期规则波对植被岸滩平衡剖面的影响规律,以及波陡与岸滩无量纲尺寸的幂函数关系式和不同水深条件下各无量纲指标的变化趋势。结果显示,波高对平衡剖面的影响规律较明显,波周期及水深的影响规律性相对较弱;波陡与岸滩无量纲尺寸相关性良好,相对淤积尺寸的拟合结果优于冲刷尺度,小波陡区域拟合结果优于大波陡区域。     

随机波浪载荷作用下深水自升式海洋平台动力响应分析

基于有限元方法,建立了深水自升式海洋平台的数学模型。结合线性化的莫里森方程和随机波浪理论,采用谱分析方法计算随机波浪栽荷。以某典型深水自升式海洋平台为原型,利用ANSYS有限元软件建立了平台的有限元模型。在此基础上,对平台结构分剐进行了的模态分析和动力响应分析,分析得到了平台的频率特性和动力特性。     

不规则波作用下波浪爬高计算方法

通过物理模型试验,研究了不规则波作用下光滑不透水单坡和复坡上的波浪爬高,分析了主要影响因素波陡、坡度、波浪入射角、平台宽度和高程对波浪爬高的影响规律,得到了海堤结构波浪爬高的计算公式及其不同累积率换算关系,并提出了多级平台海堤断面波浪爬高计算方法,可适用于复杂海堤断面的爬高计算,与40多个实际工程的模型试验结果对比,具有较好的计算精度,可供工程设计参考。     

海底阻抗对浅海波导中椭球体的声散射研究

基于Greenberg方法推导了含有阻抗边界条件的浅水Green函数,利用边界元法研究了含阻抗的三维海洋波导与散射体相互作用的问题.分析了海底阻抗对声波与结构体相互作用时的散射特性影响,数值分析表明:含有阻抗边界条件的浅海目标的散射特性与理想海底明显不同,海底阻抗对水平断面以及垂直断面的散射场都有一定的影响,目标距离海底越近,场点散射声压受海底边界条件的影响越大;阻抗越大,散射声压越大.指向性的分布对受海底阻抗的大小比较敏感.分析浅海声散射时,海底阻抗的影响不可忽视.     

波浪在不平坦海岸底床上传播的平面二维数学模型

基于线性波浪理论,利用摄动理论中的多重尺度法,以坡度ε为小参数,Liu和Shit·帷导出波浪在不平坦底床传播的波幅方程,以及一阶势函数的解析解。为验证该模型是否可用于平面二维波浪传播问题,利用有限差分法,分别对波幅方程和边界条件进行离散和求解,得到因折射、绕射引起的波幅和波向的变化。通过引入绕射因子,使该模型的应用范围更为广泛,并且计算精度得到提高。将计算得到的波向和波高与Berkhoff、Berkhoff等翻椭圆形浅滩试验值进行比较,表明该模型可以应用于平面二维问题。