分段式造波机生成斜向波浪特性的理论研究*

分段式造波机是实验室模拟真实海浪以及研究波浪特性的重要设备。单元造波板的相对宽度和波浪周期是影响分段式造波机生成波质量的重要因素。通过数值模型研究分段式造波机生成斜向波浪的理论特性,分析了波浪周期与相对造波板宽度对波浪传播的影响,总结分段式造波机的有效区域范围的变化规律,可为实际试验提供参考。     

真实海况下船舶水弹性响应及砰击载荷的大尺度模型试验研究

现有的船舶波浪载荷模型试验大多是在水池环境中开展的,然而受水池尺度、造波能力、模型航行范围以及尺度效应等方面的影响或限制,水池模型试验并不能完全真实地反映出实船海上航行时的水动力学性能.事实上,真实海浪具有非线性强、随机性强、方向分布广等特征,因此研究船舶在真实海浪短峰波中的水动力学性能对于指导实船设计研发具有重要的指导意义.实际海浪环境中,舰船大尺度模型试验是一种新型试验技术,综合了水池模型试验和实船海试的部分共同优势.本文提出了大尺度模型波浪载荷与砰击载荷试验技术,建立了一套稳定可靠的大尺度模型海上试验测试系统,并提出了恶劣海况下大尺度模型耐波性及波浪载荷试验实施方案,进而基于大尺度模型试验数据分析了船舶在真实恶劣海况下的运动与载荷响应及砰击载荷特性.     

粘性流体数值波浪水池研究

数值波浪水池是近年来船舶流体力学方向的前沿课题,本文采用Fluent软件,利用VOF模型捕捉自由液面,结合RNG湍流模型,求解N-S方程,对目前数值造波较为典型的仿物理造波法和直接造波法在二维模式下进行分析,并对三维模式的数值造波作了初步分析。在仿物理造波法中模拟真实水池中推板式造波机,利用动网格和阻尼消波技术,生成规则波的情况。在直接造波法中,利用给定入口边界速度或压力并结合阻尼消波技术,在数值水池模拟规则波,得到直接造波法的数值波形与理论波形的吻合度要优于仿物理造波法的结果。为在数值波浪水池中对船舶水动力性能预报奠定基础。     

粘性流体数值波浪水池研究

数值波浪水池是近年来船舶流体力学方向的前沿课题,本文采用Fluent软件,利用VOF模型捕捉自由液面,结合RNGk?ε湍流模型,求解N-S方程,对目前数值造波较为典型的仿物理造波法和直接造波法在二维模式下进行分析,并对三维模式的数值造波作了初步分析.在仿物理造波法中模拟真实水池中推板式造波机,利用动网格和阻尼消波技术,生成规则波的情况.在直接造波法中,利用给定入口边界速度或压力并结合阻尼消波技术,在数值水池模拟规则波,得到直接造波法的数值波形与理论波形的吻合度要优于仿物理造波法的结果.为在数值波浪水池中对船舶水动力性能预报奠定基础.     

试论海洋工程水池工艺设计的基本原理

海洋工程水试验池的设计目标是实现对海洋环境的模拟.探讨了水池主尺度选择以及造波系统、造流系统等设计内容.通过造波系统原理分析,探讨了造波精度的保证措施;通过对整流措施的分解描述,探讨了造流系统水力学设计的原理;强调了水力学模型试验对造流系统的作用.     

基于能量分布重叠率的海浪谱评估方法研究

海浪谱评估是非规则波的水池造波,波浪及舰船耐波性数值模拟研究中的重要一环,是其效果评价的依据。文中阐述了目前常用的几种海浪谱评估方法的优势与不足,并提出一种基于能量分布重叠率的海浪谱评估新方法。具体为:针对频谱计算其面积重叠率,针对方向谱计算其体积重叠率。试验表明,该方法过程简单、计算快捷、效果较好,是一种简单实用的海浪谱评估方法。在此基础上又针对实际评估更侧重谱形的情况,提出了一种略为复杂而精度更高的使用一阶矩的改进算法。     

规则波在岛礁浅海区传播的数值模拟

针对岛礁浅海区的复杂地形和波浪环境,通过求解Boussinesq方程,结合区域源造波法,对规则波的传播和演化进行数值模拟,数值计算结果与已有模型试验对比表明,监测点波高计算值与模型试验值总体吻合较好。采用数学插值方法,建立岛礁实际复杂地形的数学模型,对岛礁实际波浪环境进行预报,能够为岛礁浮式平台设计提供波浪环境输入。     

楔形冲箱的二阶斯托克斯波制造理论及其SPH检验

冲箱式造波机已应用于国内外许多物理水池,但缺乏制造二阶斯托克斯波的冲箱运动控制理论。基于冲箱浸没体积的变化量与生成的波浪体积相守恒的原理,推导了关联楔形冲箱运动与目标波浪要素的隐式方程组,并给出了制造二阶斯托克斯波的约束条件。应用推导的造波理论,在经过精度检验和收敛性分析的光滑粒子流体动力学（SPH）波浪水池中模拟二阶斯托克斯波的生成。将数值波面与解析波面进行比较,显示生成的二阶斯托克斯波的波形稳定、波要素准确,证实了该造波理论的可靠性。     

吸收式造波机控制系统的研究与设计

在借鉴国内外先进造波技术和经验的基础上，对造波机控制系统的组成进行分析研究，设计完成造波机控制硬件系统；根据吸收式造波理论编写控制软件，并进行吸收式与非吸收式造波试验。试验结果表明，该控制系统能有效地解决模型试验中的多次反射问题。     

基于瞬态高斯波包的船舶耐波性模型试验研究

基于瞬态波(聚焦波)包的船舶耐波性模型试验耗时很短,可以显著提高试验效率。首先在大型拖曳水池模拟满足高斯波谱的不同聚焦波幅的瞬态波包,然后针对一艘钻井船,考虑其迎浪、首斜浪以及横浪状态,在瞬态高斯波包作用下进行耐波性模型试验。研究发现:试验模拟的瞬态高斯波包具有较好的波形和谱形特征;用聚焦波幅适当的瞬态高斯波包获得的钻井船垂荡、纵摇运动及垂荡加速度RAO(response amplitude operator)与规则波及白噪声不规则波的试验结果吻合较好,而且能有效地捕捉RAO曲线的峰值。为了获得合理的RAO,聚焦波幅不宜过大,谱峰周期需与相应的摇荡运动的固有周期相当。这项研究对提高船舶耐波性模型试验的效率具有重要意义。