波流共同作用下大连湾海床冲淤变化的数值研究

以大连湾为模拟对象,将波浪场产生的辐射应力及底部剪切应力耦合到潮流运动方程和悬沙输运方程中,采用非结构化网格对计算区域进行剖分,建立波流共同作用下的二维悬沙数学模型。对比纯潮流作用下、常浪作用下、恶劣天气波浪作用下的模拟结果得出结论：常浪作用下,波浪对大连湾流场、悬沙浓度、海床冲淤变化均无明显改变,但在恶劣天气时,波浪对大连湾流场、悬沙浓度、海床冲淤变化有较明显的影响。     

基于非结构化网格的波流耦合模拟及应用

波浪与潮流相互作用是近岸海域的关键水动力因素。基于相同的非结构化网格同时模拟潮流和波浪,并通过参数的同步传递,即实现波流的耦合计算。模型中潮流基于三维水动力模型FVCOM,并引入波致辐射应力和水体紊动;波浪基于波谱平衡方程和光程函数方程求解,方程中均考虑流速的影响,可用于大范围波流耦合计算。通过两个算例对流和波浪在传播过程中的相互影响进行了验证;同时对实际海域的潮流和波浪进行了耦合计算,结果表明:模型对模拟近岸波流的耦合作用有着很好的精度和适用性,可用于实际工程的计算。     

波流共同作用下大尺度圆柱墩群周围局部冲刷的数值模拟

本文利用数值方法研究了波流共同作用下大尺度圆柱墩群周围的局部冲刷,利用有限元方法建立了模拟波流共同作用下大尺度圆柱墩群周围的局部冲刷的数值模型.该数值模型波包括两个子模型:波流耦合场的数值模型和输沙计算的数值模型.通过波浪弥散关系的迭代计算可得到随流运动坐标系中的波浪频率和波向与流向的夹角.流场通过求解加入辐射应力项的浅水环流方程得到,波浪场通过求解含流的缓坡方程得到.然后通过两者的迭代计算得到波流场的耦合解.利用已获得的波流场的水质点的速度计算海床底面的剪切应力与泥沙的输沙率,通过泥沙守恒定律计算海底地形改变情况,在新的海底地形条件下重新计算波流场,重复这一过程直至地形稳定.本文中首先利用数值方法计算了波流共同作用下大尺度孤立圆柱周围的局部冲刷,计算结果与物理模型试验的实测值吻合得较好.在此基础上,本文计算了多组墩群周围的的部冲刷的算例,并与相同条件下孤立圆柱周围的局部冲刷结果进行了比较,以研究墩群中各柱间的相互作用对局部冲刷的影响.     

波流共同作用下潜丁坝受力情况的二维数值研究

本文基于N—S方程建立二维波浪水流数学模型。结合长江南京以下12.5米深水航道建设工程一期工程,运用数学模型对两种不同形式的混合式潜丁坝结构进行数值计算,得到了在波流共同作用的结构物受力情况,并将计算结果进行对比分析。     

基于Delft3D的离岸堤附近波浪与波生流数值模拟

基于Delft3D三维波流耦合模型,模拟了仅波浪作用下出水离岸堤附近的波浪与波生流,与物模试验资料进行了对比,结果表明,Delft3D波流耦合模型能较好模拟波浪在近岸区域的浅水变形、折射、绕射、破碎等物理现象,波高、波生流沿断面的分布与试验结果吻合良好,验证了该模型在波浪传播变形、波生流模拟的可靠性;研究了不同入射角度与不同波高时离岸堤附近波生流的形态,研究表明入射角度增大,沿岸流也随之增大,离岸堤后方环流逐渐向波浪入射方向的下游移动,不同的入射波高条件下,离岸堤附近流态并没有太大变化,波高增大主要引起流速增大。     

张力腿平台二阶波浪力作用下运动响应分析

以延伸式张力腿平台为例,采用时域耦合分析法研究二阶波浪力对船体以及张力腿、立管的影响.在频域下计算船体结构一阶与二阶波浪力的传递函数,进而在Deepc中模拟海域的波流条件,考虑低频和高频波浪的影响,得到张力腿平台的动力响应和张力腿、立管的动张力值,并与线性的计算结果进行比较,认为在确定张力腿平台锚链的极限承载力和疲劳寿命时,应考虑高频二阶波浪力的影响.     

基于波流耦合模型的加拿大赫卡特海峡水动力模拟研究

利用非结构化网格的波流实时耦合模型模拟了加拿大赫卡特海峡的流场和波浪场。使用实测数据对模型计算结果进行了验证,结果表明耦合模型可以更合理地反映该海域的水动力特征。     

波流耦合模型在风暴潮波浪增水推算中的应用

文章通过收集威海海域附近引起严重影响的台风资料,并以历时台风资料为样本,采用montecarlo随机模型重新生成12组台风。建立波流耦合数值数学模型,以台风为驱动要素,对风暴潮引起的波浪增水进行了分析计算,得到台风过程影响下威海沿海海域的风暴潮增水与波浪要素,将研究结果进行了验证和与实测数据进行分析比较,并将研究结论应用于部分工程的实践。     

船舶近体应急围油栏模拟围油研究

针对现有船载应急围油栏存在的问题和不足,设计船舶近体应急围油栏,用于船舶溢油的近体应急围控。基于主流计算流体力学软件FLUENT,建立可以模拟自由水面微幅波及水流的二维数值波浪水池,并在该数值水池中加入船舶近体应急围油栏模型和漂浮溢油,进行围油栏的随波浮动及围油过程的模拟研究。对设计参数下的纯水流、纯波浪和波流耦合作用时的栏前油层状态特性及变化趋势进行研究,预测围油失效风险,探究流速为一般临界值的水流条件下,油层厚度、波高和波长参数对围油栏围油效果的影响。     

波流数值水池模拟研究

波流共存时会产生复杂的非线性相互作用,其联合作用比单纯的波浪或单纯的海流问题要复杂很多.基于不可压缩流体N-S方程建立数学模型,VOF法追踪自由液面,通过在动量方程中添加源项实现阻尼消波,利用商业软件平台FLUENT加载UDF进行二次开发,模拟了规则波与均匀流以及规则波与剪切流的波流数值水池.分析了均匀流与波浪的相互作用,得到了波流同向、波形变长、波幅降低、波流相向则影响相异等结论.探讨了剪切流对波浪的影响,并对计算结果进行了函数拟合.     

高桩码头桩基局部冲刷研究

建在海洋环境中的高桩码头,桩基础改变了水质点移动的路径和水流剪切力,可能产生海床土颗粒的运移或冲刷,这样的冲刷会给结构和基础的稳定性带来威胁。采用国内外5种常用公式,对高桩码头局部冲刷进行计算,并与工程的实测值进行对比分析。结果表明,将波浪和潮流进行叠加,得到波流共同作用的流速,再运用韩海骞和JS公式计算拟建工程区的桩柱局部冲刷深度是可行的。     

瓯江南口封堵方案研究

使用二维波浪潮流泥沙数学模型研究手段，通过工程实施前后的波浪场、二维潮流场、泥沙场、地形冲淤变化场的数值模拟和分析，对复杂的瓯江河口南口封堵工程的各种方案进行了研究，从对周围水沙环境影响角度论证了南口封堵工程方案的可行性。研究结果表明，将现潜堤加高的南口完全封堵方案是基本可行的，南口半堵方案是完全可行的。建议瓯江南口从半堵起步，逐步完成南口的完全封堵。     

A three-dimensional, wave-current coupled, sediment transport model for POM

In the high-energy environment of coastal seas and estuaries,strong sediment resuspension/ deposition events are driven by surface waves,tides,winds and buoyancy driven currents.In recent years,A POM based three-dimensional,wave-current coupled,sediment transport model has been developed by the University of New South Wales.This paper presents several examples of the model applications to study sediment dynamics in the environments where forcings such as waves,tides,and winds are equally important to affect sediment fluxes and distributions.Firstly,the sediment transport model coupled to the Yellow Sea general circulation model and a third generation wave model SWAN was implemented in the Yellow Sea to study the dynamics of the sediment transport and resuspension in the northern Jiangsu shoal-wate(rNJSW).The sediment distributions and fluxes and their inter-annual variability were studied by realistic numerical simulations.The study found that the surface waves played a dominant role over the tides to form the turbidity maxima along the muddy coast of NJSW. Secondly,the sediment transport model was used to explore the effect of suspended sediment-induced stratification in the bottom boundary laye(rBBL).The model uses a re-parameterized bottom drag coefficient Cd that incorporates a linear stability function of flux Richardson number Rf.The study has shown that the sediment induced stratification in the BBL reduces the vertical eddy viscosity and bottom shear stress in comparison with the model prediction in a neutrally stratified BBL.In response to these apparent reductions,the tidal current shear is increased and sediments are abnormally concentrated within a thin wall layer that is overlain by a thicker layer with much smaller concentration.The formation of this fluid-mud layer near the seabed has led to a significant reduction in the total sediment transport.This study contributes to the understanding of formations of tidal flats along the coasts of turbid seas and estuaries.     

采用THOBEM方法研究波流与结构物相互作用的数值模拟(英文)

To study wave-current actions on 3-D bodies a time-domain numerical model was established using a higher-order boundary element method (HOBEM). By assuming small flow velocities, the velocity potential could be expressed for linear and higher order components by perturbation expansion. A 4th-order Runge-Kutta method was applied for time marching. An artificial damping layer was adopted at the outer zone of the free surface mesh to dissipate scattering waves. Validation of the numerical method was carried out on run-up, wave exciting forces, and mean drift forces for wave-currents acting on a bottom-mounted vertical cylinder. The results were in close agreement with the results of a frequency-domain method and a published time-domain method. The model was then applied to compute wave-current forces and run-up on a Seastar mini tension-leg platform.     

莱州港二号港池及5万吨级航道工程二维潮流数学模型研究

根据实测资料分析,莱州港海区浪小、流小、含沙量小、泥沙来源少,具有建设5万t级码头的良好自然条件。运用数学模型的方法,建立了莱州港2号港池及5万t级航道工程前后的二维潮流数学模型。计算结果表明,新规划港区航道建成后,整体潮流场变化不大,对海区整体潮流影响甚微,但口门处的回流将影响口门淤积。     

闽江河口三维潮流数值模拟及特性分析

基于FVCOM(Finite-Volume Coastal Ocean Model)模型，建立了闽江河口区域精细化的三维潮流数值模型。对模型的海底摩阻系数的选取进行讨论，得出Koutitas公式更为合理的结论。采用该模型对闽江口的潮汐、潮流特征进行分析，得出以下结论：闽江外海潮波自东南至西北向近岸区域传播，水道内潮流有明显的往复流性质；熨斗岛北部和东部区域，潮流多以旋转流为主；闽江北支水道以落潮流为主，河口区域三维流场在侧向支流影响区域分层不明显。     

滨州港大堡泊位扩建工程潮流分析

建立了套尔河15 km河段二维潮流数学模型。计算中首先采用天然实测资料对模型进行率定与验证,通过有关参数调整,使模型数值计算成果与天然实测资料达到精度要求。然后通过对河段自然条件下实测潮位、潮流过程进行的模拟,分析了工程区潮流变化特点。随后对泊位扩建工程措施的不同工况条件与潮流的相互影响进行了模拟,分析了各方案的潮流情况,对不同规划方案成果的优劣进行了比较。方案三在新老码头区潮流流向平顺、流速增加、无回流,利于港池稳定;河道宽阔利于船舶进出码头;岸上施工便利,是扩建工程泊位规划的优选方案。为规划设计提供了科学依据。     

石浦港航道工程潮流泥沙数值模拟

分析工程海区自然条件,建立基于不规则三角形网格考虑波浪作用的潮流泥沙数学模型。在对模型进行充分验证的基础上,研究各航道方案影响下的潮流泥沙运动规律,并分析大范围海域潮流特征、进港航道口门位置流态特征、航道内横流、对周围港区影响、对潮位影响和对石浦港5个口门分流比的影响等,预测各方案泥沙回淤与莫拉克台风过程下的骤淤情况。     

潮流数值模拟中透空式防波堤处理方法研究

透空式防波堤利用上部结构的挡浪板实现挡浪消波,为港区提供良好的泊稳条件,桩基和挡浪板部分入水会改变建筑物局部水域的水动力特性。在有透空式防波堤的海域进行二维潮流数值模拟时,分别利用了等流量法和等效阻力法对挡浪板进行概化,将挡浪板对水流的阻碍作用等效为通过改变地形和当量糙率来模拟对水流的影响;研究分析了透空式防波堤概化处理后,挡浪板对周围水域的水动力特性的影响。结果表明两种方法均能模拟出挡浪板的阻水效果,其中等效阻力法物理概念清晰,模拟结果更符合实际规律。     

徒骇河坝上闸下游通航研究

建立了徒骇河二维潮流数学模型,模型采用数学物理方法,将不规则域下求解变换成矩形规则域下求解,计算中,首先采用天然实测资料对模型进行率定,通过有关参数调整,使数值计算成果与天然实测资料达到精度要求。然后通过对自然状态下潮流过程的模拟,分析河段通航条件以及潮位、潮流特征。随后对航道不同疏浚方案和取水条件与潮流的相互影响进行计算,研究航道不同疏浚方案引起的潮流变化。最后采用分析方法,对航道不同扩建方案的回淤以及取水口最大取水能力进行预测。