波流相互作用中潜堤上低频波浪数值模拟

波流相互作用的研究具有重大的工程意义。文中采用完全非线性Boussinesq模型,模拟了低频波浪在潜堤上演化的整个过程,并对低频波浪进行分离,观察了不同水流作用下自由波和约束波间的能量变换传递,发现不同水流速度对约束长波的影响很小,而对自由长波的影响很大。其中,逆流会缩短拍长,相互作用更快速,而顺流恰好相反;在经过潜堤后,大部分的约束长波会把能量传递给自由长波,逆流会减小自由长波波幅,而顺流会增大自由长波波幅。     

低频波浪在常水深地形中传播的数值研究

利用基于Boussinesq方程的波浪辐射应力计算模型,模拟常水深地形中传播的低频波浪,研究其形态变化,以及低频波浪与波浪辐射应力之间的关系。结果发现约束长波的波幅和波群的辐射应力值基本保持在某一均值不变;主频的波幅、约束长波的波幅都会做一定周期的震荡,同时波群的辐射应力也随之而震荡,三者之间的变化关系是波群非线性能量传递的表现。     

浅水FPSO垂荡和纵摇运动的低频响应

对软刚臂系泊FPSO在浅水不规则波作用下的垂荡和纵摇运动响应进行数值计算与模型试验研究,水深16.7 m.试验中的波浪校验结果显示,在波浪谱中出现明显低频长波成分.计算结果与试验结果均显示,垂荡和纵摇波浪力、运动响应既有传统的波频成分,也出现显著低于波浪频率的低频成分,而且低频响应的能量和幅值甚至会远大于波频响应.垂荡和纵摇运动的低频响应不具有能量集中的共振频率,而是具有较宽的低频能量分布.这种显著低频响应的出现,与浅水中低频长波的存在有关,表明其不仅对系泊FPSO水平面运动性能影响极大,也会显著影响垂荡和纵摇这类垂直面运动的波浪力和运动响应,在理论预报时需要予以重视.     

岸礁地形对港内低频波浪共振影响的数值研究

采用一组完全非线性Boussinesq方程模型,模拟了双色波群在不同岸礁地形上向岸传播,进而诱发狭长矩形港内水体共振的物理过程.基于分离港内低频波浪的方法,系统研究了港湾处于最低共振模态下珊瑚礁外坡坡度和形状变化对港内锁相长波、自由长波以及它们相对成分的影响.结果表明:对于文中所研究的特定港口、珊瑚礁外坡坡度范围和外坡形状,港内自由长波波幅随着珊瑚礁外坡坡度的增大而逐渐增大;相比于自由长波,外坡坡度的变化对港内锁相长波波幅的影响则极为有限;珊瑚礁外坡形状的变化对港内低频波浪的影响则与珊瑚礁外坡宽度的大小密切相关.     

温州浅滩围涂工程的可行性研究

使用自然条件分析，悬浮泥沙卫星遥感分析和波浪、潮流、盐度、泥沙数学模型模拟等多种研究手段，对温州浅滩的水文泥沙环境及其演变进行了分析，对温州浅滩围涂工程海区的波浪场、潮流场、盐度场、泥沙场、地形冲淤变化进行了数值模拟研究，对温州浅滩围涂工程对瓯江泄洪、乐清湾养殖业和瓯江口港口的影响进行了分析论证。分析研究结果表明，温州浅滩围涂工程是可行的。     

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.     

浅水中海洋核动力平台低频响应分析

与采用理论公式生成的波浪谱不同,实际浅水中的波浪谱密度在0～0.2 rad/s频率范围内会出现明显的低频能量成分,这会对海洋核动力平台的低频响应产生极大的影响。因此,基于数值模拟和水池试验2种方法得到的波浪谱,采用频域数值计算,分析平台在浅水中2种不同波浪谱下的纵荡、垂荡和纵摇低频响应。结果表明,与数值模拟波浪谱相比,在水池试验得到的实际浅水波浪谱中,平台的纵荡1阶低频运动响应和2阶低频波浪慢漂力,以及垂荡1阶低频波浪力和1阶低频运动响应都存在明显的增大,这说明在进行平台浅水水动力预报时需要重点考虑波浪谱中低频能量成分对平台低频响应的影响。本文可为其他同类型船体在浅水中的低频响应预报提供参考。     

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。     

不同形式护面块对斜坡式防波堤波浪爬高的影响

我国现行的几种规范关于波浪爬高的计算存在着诸多不足,特别是在长波条件下,提供的经验公式的适用条件比较局限,甚至未考虑长波因素,故其计算值与实际结果偏差很大,造成安全隐患。通过系列断面物理模型试验,研究斜坡堤上不同护面形式对不规则波浪爬高的影响规律,提出相关系数和经验计算公式,为水面开阔地区迎水面护面设计提供理论参考。     

基于Open FOAM的浅滩波浪破碎区气液两相流耦合模拟

基于OpenFOAM开源工具箱,植入动量阻尼方程和规则波动网格边界,形成可靠的三维动网格气液两相流数值波浪水槽,在设置斜率为1∶6的斜坡平台上,模拟了波浪在近岸带浅滩破碎区的气液两相流破碎演化过程。数值模拟结果与试验值吻合较好,对波浪在浅滩破碎区发生的变形、坍塌、周围气体变化等情况模拟完整,可为波浪破碎机理研究提供较好的数据支撑。     

水流中由双色波群在潜堤上激发的低频长波研究

双色波群经过试验水槽内的曲线潜堤生成低频波浪,比较纯波作用和逆流作用时波群生成低频波浪的特性差异。造波系统采用二阶造波理论,二阶伪自由长波得到有效抑制。试验重点观察了谐波的生成、短波的阻隔、特别观测了长波在波浪阻隔点处的穿透问题。详细阐述了低频波浪在阻隔点前后的衍生过程。     

港池长周期波浪振荡试验研究

港池长周期波浪振荡对港内泊稳条件极为不利,严重危害港内船舶的正常停靠与作业。通过物理模型试验,对某港内长周期波浪振荡和放大情况进行研究。结果表明,在短周期波浪作用下,港内发生了明显的长波振荡,5.47 m波高作用下港池长周期波浪波高可达0.4 m,在633、320和200 s附近的长波谱图均有明显峰值。通过港内外波浪能量对比发现,0.008 Hz以下频率港外波浪能量远不及港内波浪,港域内部在320和200 s附近的长波能量最大被放大5倍。研究结果可为类似工程长周期波浪防治提供参考。     

深水半潜式平台运动响应及截面波浪载荷模型实验研究

半潜平台在恶劣的海洋环境中将承受极端的环境载荷,从而导致相应的大幅运动,截面载荷以及系泊力。文章对一艘系泊在南海的典型半潜平台进行了综合试验研究。为了测量中纵剖面上的波浪载荷,半潜平台模型从中纵剖面处被剖开,并用3个六分力传感器进行连接。结果表明,当波浪周期在10 s附近时,中纵剖面处的截面传递函数达到最大值。而低频长波以及差频波浪成分对剖面载荷影响很小。文中还分别针对仅有波浪作用的海况和风、浪、流联合作用的海况,对半潜平台的运动和载荷情况进行了研究,发现风和流对平台波频运动影响较小,而对于低频运动,其影响要大于波浪作用。随着风和流的出现,中纵剖面的剪切力,分离力以及垂向弯矩增幅分别可达127.07%,51.87%和45.77%。与此同时,在风、浪、流的联合作用下,最大锚链力与锚链的破断强度比值达到了62.3%,接近规范中66.6%的限制。     

温州浅滩围涂工程对港口航道的影响研究

采用波浪、潮流、泥沙数学模型,对瓯江口温州浅滩围涂工程海区的工程前后的波浪场、潮流场、悬沙场、底床冲淤进行了数值模拟研究,对温州浅滩围涂工程对瓯江口港口航道的影响进行了分析论证。研究结果表明,温州浅滩围涂工程不仅对温州港现有港口航道及未来的状元岙深水港区基本没有负面影响,而且有利于航道水深的维护和稳定,可以改善从瓯江北口到黄大岙水道的船舶航行条件。     

多因素数学模型在温州瓯江口浅滩围涂工程研究中的应用

建立了波浪、潮流、盐度、悬沙、底床冲淤等多种因素数学模型,在模型验证的基础上,对瓯江口温州浅滩围涂工程海区的波浪场、潮流场、盐度场、悬沙场、底床冲淤场进行了数值模拟研究,对温州浅滩围涂工程对瓯江泄洪、瓯江南北口分流比、乐清湾养殖业、瓯江口港口航道及状元岙深水区、南口口外滩地的影响进行了分析论证。分析研究结果表明,温州浅滩围涂工程是可行的。     

长周期波影响下某海港工程码头布置方案比选

针对在长周期波海域码头前期设计阶段如何通过数值模拟改进平面布置、减小影响的问题进行研究。采用WW3海浪模型、MIKE21SW模块以及MIKE21BW模块对长周期波进行较为全面的模拟,并根据实测资料进行验证。模拟步骤可作为长周期波波浪模拟的一般操作流程。为了更好地揭示长周期波对船舶的响应影响,将综合波分离为短波要素（＜30 s）和长波要素（≥30 s）,并将Hs＜0.3 m作为初步判断标准。得出结论：码头布置需扩大掩护范围以阻挡长周期波主浪向,同时尽量缩减口门尺寸以降低长周期波输入能量进而降低港内波高。     

利用数学模型进行港内长周期波浪风险分析

针对港内长周期波风险问题,使用MIKE 21 BW模型建立了港内波浪传播数学模型。模型的构建使用了白噪谱和天然波况作为入射波浪条件。基于白噪谱的模拟结果,使用数字滤波技术分析了港池固有共振周期,并给出了相应共振周期下的水面高程和能量密度分布;基于天然波况的模拟结果,提取了泊位处的波高时间序列,以30 s为界限,分离出了长周期波。以西非某港为例,探讨了港池的长波风险,模拟结果可作为港池布局的参考依据。     

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。     

印尼爪哇岛南岸波浪双峰谱特征分析

印度洋北岸的波浪来自于几千公里以外的风浪传播变化,波向集中、周期长、强度大。实测波浪进行统计时波周期经常呈现混合浪的特征,季节性变化比较大,雨季周期长、旱季周期短。根据2010年2月～2011年12月在印尼爪哇岛南岸中部的实测波浪资料,对波浪谱进行分析研究。通过对各月份内逐日的波浪过程进行能量谱分析,得出印尼面向印度洋的爪哇岛南岸存在2种波浪结合的双峰谱特征,雨季低频涌浪能量大,旱季低频涌浪和高频波浪能量相当。     

双峰谱波浪诱发细长港低频振荡的物理试验研究

针对低频波浪诱发港池振荡问题,通过物理模型试验研究了双峰谱中低频谱峰(fp1)和低频谱有效波高(Hs1)的变化对诱发细长港池低频振荡的影响。结果表明:1) fp1越接近港池第1共振频率,港内低频波浪响应越剧烈,通过fp1放大因子曲线可以准确识别港池的第1共振频率;同时Hs1的变化主要影响第1共振模态的波浪响应。2)基于平方小波二阶相关谱对港内波浪的非线性分析发现,fp1越接近港池第1共振频率或Hs1逐渐增大,港内波浪非线性相互作用均会明显增强。该研究结果对于涌浪和风浪长期共存的海域港口建设起到良好的指导作用。