基于Longuet-Higgins模型的畸形波模拟方法

基于随机波浪的Longuet-Higgins模型,给出了4种模拟畸形波的数值模型:相位调制模型(部分组成波初相位相同模型和调制相位角范围模型),相位调制加聚焦模型,随机波加瞬态波模型以及改进的相位调制模型。简要介绍了各模型的优缺点。其中,随机波加瞬态波模型和改进的相位调制模型最优,实现了畸形波的定时定点和定量生成,为实验室模拟畸形波、研究畸形波的能量以及对结构物的作用奠定了基础。     

基于CFD的舰船遭遇畸形波数值模拟的验证研究

畸形波对船舶航运极具威胁,已引发多起海上事故,因此有必要对舰船遭遇畸形波进行数值模拟研究。该文基于随机波浪的Longuet-Higgins模型,在相位调制方法的基础上考虑了航速航向的影响,调制部分组成波的初相位,可以实现舰船定时定点遭遇畸形波。在此基础上,利用CFD方法对舰船顶浪态势下遭遇畸形波进行数值模拟,并将结果与水池实验值进行比对,验证了文中所建模型的有效性,对于研究舰船在极恶劣海况下的耐波性及完善船舶设计规范等具有不可忽视的意义。     

基于方向谱的短峰畸形波数值模拟研究

畸形波是海洋中存在的偶然性大波,其持续时间短但危害性极大,研究畸形波的生成及演化规律有重要的现实意义。基于方向谱,通过改进的相位调制方法,提出一种短峰畸形波的数值模拟方法,提高畸形波生成的概率,实现定时定点生成畸形波,并在Matbab语言环境实现数值仿真。仿真结果表明:改进的最大熵方法进行谱分析,与目标谱比对证明模拟结果吻合较好。     

基于方向谱的短峰畸形波数值模拟研究

畸形波是海洋中存在的偶然性大波,其持续时间短但危害性极大,研究畸形波的生成及演化规律有重要的现实意义。基于方向谱,通过改进的相位调制方法,提出一种短峰畸形波的数值模拟方法,提高畸形波生成的概率,实现定时定点生成畸形波,并在 Matbab 语言环境实现数值仿真。仿真结果表明：改进的最大熵方法进行谱分析,与目标谱比对证明模拟结果吻合较好。     

舰船顶浪遭遇畸形波的波浪水池数值模拟研究

畸形波对船舶航运极具威胁,已引发多起海上事故,因此有必要对舰船遭遇畸形波进行数值模拟。基于长峰波随机海浪模型,在相位调制生成畸形波的同时考虑了舰船航速的影响,可以对舰船在顶浪航行定时定点遭遇畸形波的非线性波浪环境进行建模,利用CFD生成数值波浪水池,并对畸形波生成过程中畸形参数、峰度、陡度的变化以及速度分量随深度的变化进行分析,从一定程度上反映畸形波的演化特性,并验证数值模拟的有效性。     

数值水池及其在船舶与海洋工程中的应用

船舶物理模型试验周期长,费用昂贵,外界干扰因素难以控制,测量技术也有待发展,而计算机模拟的数值波浪水池具有费用低、无触点流场测量、无比例尺效应、能消除物模中由传感器尺寸及模型变形等因素对流场的影响,可获得较为详细的流场信息等优点。本文报道了作者在Fluent软件平台的基础上,经过二次开发,在所建立的数值水池中对船舶快速性、船舶与海洋结构物耐波性能等的研究进展。研究表明,数值水池可准确计算模型尺度下的高速船舶的阻力,可准确地模拟再现船舶与海洋结构物周围的自由面波形,计算预报波浪中实尺度船舶与海洋结构物的受力和运动,以及高海情下结构物所受到的冲击力等。     

畸形波作用下浮体的载荷与响应研究新方法

基于线性波叠加原理,采用能量聚焦的方法在二维粘性数值波浪水池中生成畸形波。基于流固耦合理论与切片原理,提出一种快速便捷的模拟波物相互作用的新方法,模拟了浮式体遭遇畸形波的过程,计算得到了甲板上浪水位高度、上浪水体对浮体的砰击压强、结构物的运动响应及波物相互作用的响应云图等。其中,波浪谱采用JONSWAP谱,流场控制方程为不可压缩流体的连续方程和N-S方程,自由液面由VOF法来捕捉,在数值水池尾段的动量方程中添加源项以消除后端壁面的波浪反射。     

畸形波模拟及其对近岸构筑物作用综述

畸形波是一种瞬时存在、具有较大波高的灾害性波浪,对近岸和海洋工程结构物都具有较大的破坏性。文中首先从畸形波的定义入手,通过分析畸形波的发生机理,引入畸形波模拟的探讨,总结畸形波对近岸构筑物作用的研究现状与发展趋势,并提出需要进一步研究的课题。     

数值波浪序列中的高频成分

可靠的波浪模拟方法对于海洋结构物水动力性能的评估而言至关重要。文章基于软件FLUENT,分别采用四种不同的网格模型,实现了对于规则波的模拟。文中采用VOF方法对自由液面进行捕捉,并采用动网格方法模拟摇板的运动从而实现造波。考虑到数值耗散及截断误差对数值模拟结果的影响,针对沿水池方向的波浪衰减情况进行了相关研究。为了避免造波板的初始运动所引起的波面扰动,引入了一种“缓入”方法使造波板缓慢地达到最大幅值的运动,有效地避免了初始扰动所带来的影响。数值模拟的结果分别与一阶和二阶理论解进行了对比。结果表明,该数值波浪模型能够给出可靠的预测,为下一步模拟强非线性波浪（如畸形波）奠定了基础。     

畸形波作用下半潜平台运动响应研究

海洋结构物的水动力性能研究对于安全、经济的工程设计至关重要.近年来,由海浪巨大波浪引起的事故越来越多地见诸报道,因此,有必要深入研究波浪尤其是畸形波对结构物产生的载荷及运动响应.海上浮式平台的运动响应与系泊载荷密切相关,而文中的出发点正是研究在何种波浪条件下会引起平台的最大运动响应.通过对一座设计作业水深为500 m的半潜式平台进行频域计算,获得了平台在自由漂浮状态下的响应函数(RAO),并与实验数据进行了比较.通过时域模拟,获得了新年波和"三姐妹"波作用下的平台运动响应,研究了畸形波的存在对于平台运动的影响.此外,还研究了畸形波中最大波峰值及连续大波的出现间隔对平台垂荡和纵摇运动的影响,可为后续研究和工程设计提供参考.     

Experimental study on dynamic response of a floating offshore wind turbine under various freak wave profiles

This study performed experimental investigation on the dynamic response of an in-place floating offshore wind turbine (FOWT) under freak wave actions. Based on the method of wave profile modulation, various freak wave profiles embedded in unidirectional Gaussian seas were generated in wave basin and the action of these waves on the FOWT was measured and analyzed, which has not been done before. The motions of FOWT were analyzed in time domain as well as time-frequency domain. The effect of freak wave parameters on FOWT motions was addressed, i.e., freak wave height, freak wave period, large crest, and deep trough. The dynamic response of FOWT was observed as a spike at the occurrence of freak wave in a conventional random wave, where the impact of freak wave can last for 17 spectral peak periods of wave. Data analysis shows that the motions of FOWT increased linearly with the freak wave height. In addition, the occurrence of freak wave induced the coupled effect on surge and pith, which was strengthen with the increase of freak wave height and wave period. Compared to a large crest, a deep trough of freak wave led to stronger motions and was supposed to be a key concern on the safety of the FOWT. The novel findings in this study provided a reference for the design of survival load on a FOWT and benchmarks for validating numerical models.     

Experimental study of freak wave impacts on a tension-leg platform

This study investigates the freak wave impinging on a tension-leg platform through wave flume experiments. The freak waves are generated using the focused wave theory. By adjusting the wave focusing location, different incident wave scenarios at the structure location are produced. Simultaneous measurements of wave shape evolutions upon impingement, wave impact pressures on the platform deck, platform motions and tether forces are carried out for synchronized analyses of the wave kinematics/dynamics and structural responses. The variation of these parameters with the incident wave profile is studied. It is found that although applying less intensive local impact pressures as compared to the highly-breaking freak wave, the slightly-breaking or non-breaking freak wave imposes the same level of adverse effect on the platform's global stability in terms of motions and tether forces. In addition, the high-crest freak wave causes violent motions of the floating platform, which are likely to induce snap loads of large amplitude and high occurrence frequency in tethers. The published results would provide useful benchmarks for validating numerical and analytical models.     

非线性聚焦生成畸形波规律之研究

非线性聚焦是畸形波生成的一种可能机理。采用可以描述非线性聚焦现象的四阶修正非线性薛定谔方程,模拟了边带扰动条件下波列空间演化过程中畸形波的生成。不同初始边带扰动条件和不同波陡等情况下的数值试验结果表明,满足边带不稳定性条件时,初始边带扰动条件和波陡对畸形波的生成具有重要的影响,并给出了畸形波生成的规律。     

异常波及其对海上结构铃振现象的影响

海上结构物的铃振(Ringing)现象是新近发现的一种高频共振响应现象,对结构物有显著的破坏作用。从实测资料中发现,在恶劣海况下发生的具有强非线性和非对称性的异常波(Freakwave)有可能引起海上结构物的铃振响应。文中综述了可能引起铃振响应的异常波的研究现状及成果,分析了其能量分布,并指出异常波是海上结构物产生铃振现象的机理之一。     

畸形波作用下半潜式平台的极限生存能力评估

极限海浪可能对海洋平台的安全造成极大的威胁,故合理地评估平台在此海况下的运动响应和系泊缆索的动张力响应对平台设计具有重要意义。文章首先利用新波理论和随机海浪理论建立了畸形波入射波模型。然后利用间接时域方法和非线性有限元法分别建立了平台主体运动和系泊缆索动力响应的求解方程,并根据导缆孔的平衡方程建立了平台主体和系泊缆索的时域耦合运动方程。最后深入分析了某半潜平台在畸形波作用下的运动响应和系泊缆索的动张力响应,对平台的极限生存能力进行了评估。