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。     

双色波作用下港池长周期波浪模拟研究

防波堤对长周期波浪的掩护较差，长周期波浪容易直接侵袭港内，恶化港内作业条件。依托物理模型试验结果，基于BW数值模型研究双色波作用下港池长周期波浪产生机制。对BW数值模型进行验证，模型与试验结果吻合良好。在频率分别为f₁和f₂的双色波作用下，波浪间发生非线性作用产生Δf、2f₁-f₂、2f₂-f₁、2f₁、f₁+f₂、2f₂等频率的波浪，当产生的长周期波浪Δf与港口自振频率趋于一致时，长周期波浪波高被港池捕捉发生共振而放大。随着双色波入射波高、调谐率的增加，波浪之间的非线性作用增强，长周期波高显著增大。     

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。     

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。     

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.     

不规则波浪在陡坡上非线性传播变形的试验研究

通过试验研究了不规则波浪在一陡坡(1:10)上的传播过程中的非线性特征。为达到研究目的,在试验水槽中以JONSWAP谱为靶谱生成了两组随机波浪。试验结果显示,在坡前常水深区域和坡顶,两种波况下波高分布均符合瑞利分布;但是在变浅区域两种波况的波高分布却不尽相同。应用基于小波变换的二阶相位谱来分析波浪在传播过程中的非线性相位耦合特征,结果表明：随着水深的变浅,波浪的非线性逐渐增强并且参与非线性相互耦合的频率成份也越来越多。通过二阶相位谱发现：随着水深的减小,参与最强的非线性相位耦合频率向高频处移动。另外通过傅立叶频谱、二阶谱以及二阶频谱共同分析陡坡上两组波况下低频波浪的演化情况。     

港池长周期波浪振荡模态研究

在港口的建设中,往往修建防波堤对港域水体进行掩护。然而当外海波浪周期较长时,其掩护效果并不直观,长周期波浪侵入港域易引起港内水体发生强迫振动,港域波高幅值剧烈上升。文章结合某核电港物理模型试验,验证BW数值模型的合理性,二者结果吻合良好。利用白噪声探测了港域的固有频率,并利用微幅波研究了港池长周期波浪振荡的模态。具体结论如下:600～850 s、250～320 s、130～170 s为港池的固有频率,分别对应于港池的第一、第二、第三模态,港域的尺度分别与600～850 s波浪的1/4波长、250～320 s波浪的1/2波长、130～170 s波浪的3/4波长趋于一致。600～850 s对应的长周期波浪振荡幅度最大达到入射波浪振幅的6.6倍。     

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。     

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。     

大连大窑湾港湾振荡数值模拟研究

采用Boussinesq数值波浪模型,模拟得到大窑湾不同水域的固有频率。模拟了不规则波入射时全湾水面响应状况,结果表明:谱峰周期较小的不规则波入射大窑湾港内,经过一定长的时间,波能会在局部地区发生高频到低频的传递,从而诱发局部低频波动。外海波浪入射不会导致全湾水域整体振荡,但湾底及南岸小港池易发生局部水体振荡。采用减小边界反射系数的措施,可有效降低局部水域的波动幅度。     

Nonlinear hydrodynamic responses of submerged moving payload in vicinity of a crane barge in waves

The wave interaction with a submerged cylindrical payload subjected to constrained motions in presence of a nearby floating crane barge is investigated in the three-dimensional numerical wave tank using a fully nonlinear potential flow model in the time domain. Numerical simulations are carried out to investigate the hydrodynamic features of this submerged payload under pendulum motion in water waves as well as while it moves towards the sea bed at a constant vertical velocity. It is known that the presence of multiple side by side floating bodies in waves can create significant drift motion. In the present study the similar drift motion is observed for the side by side floating barge and submerged payload and it appears that the submerged payload under constrained motions may face a very large mean drift motion of nearly seven times that of the incident wave amplitude in the beam sea upstream condition. Emphasis is also given towards investigating and understanding the influences of natural frequency of the payload and shielding effect due to the presence of the floating barge. It is found that natural frequency coupled with shielding effect generates remarkable low frequency components in payload responses both in the head sea and the beam sea situations. The effect of different cable lengths, wave maker frequencies and downward moving velocities on payload responses under several geometric setups are studied and compared, and interesting features such as increased low frequency movement of the payload near the natural frequency region and existence of considerable low frequency motions even at a greater depth (while the payload is quite below the free surface) are observed.     

港口非线性波浪的实验研究

进行了港口非线性波浪对方箱形船体作用的三维实验研究,给出了在不同入射波条件下无因次点压力在船体表面上的分布,分析了压力随周期和波高的变化规律。结果表明:压力幅值在波浪周期较大时,出现一阶压力减小,高阶压力增大的强非线性现象,甚至还出现了二阶压力大于一阶压力的情况。在港口工程和大型浮体设计中对长周期波浪应注意考虑波浪的非线性特征。     

考虑护岸的可透水海堤的计算与分析

根据规则波作用下的波浪力的频域解理论,以可透水海堤为模型,得到不同吃水、离岸距和孔隙参数下可透水海堤结构和护岸的受力情况。运用谱分析法理论,分析不同吃水和离岸距下的波浪力谱特征,确定了可透水海堤在不规则波作用下水平方向的累积频率波浪力。分析可知,考虑护岸的可透水海堤的受力和消波效果对孔隙系数和波浪频率敏感性强,设计中应避开波浪力峰值。     

随机波浪联合折射绕射数学模型

基于波浪能量谱理论,导出了考虑底摩擦的复杂地形能量谱的联合折射绕射数学模型,在能量谱为单一频率组成波时,模型则简化为规则波的联合折射绕射方程.实际计算结果表明:本文提出的随机波浪联合折射绕射数学模型是合理的,在浅水区应该考虑底摩擦作用.     

人工航道对波浪传播规律的影响

波浪在传播过程中,遇到建筑物和地形变化时,会发生绕射与折射,对波浪的传播、变形具有显著的影响。作者建立了基于Boussinesq方程的波浪数学模型。采用所建立的数学模型对双突堤条件下有、无航道时港内的波浪分布分别进行了数值计算,并将上述两种条件下的波浪分布情况进行了比较。结果表明,开挖航道对波浪的传播变形影响较大,不能用纯绕射来代替波浪的折、绕射联合作用。     

不同平面布置方案对港内波浪影响

结合揭阳港靖海作业区通用码头项目的建设,开展波浪整体物理模型试验,对工程码头及护岸设计波要素,码头上水和港内波高分布进行了测定。根据工程不同平面布置方案中的试验结果,确定最优化的工程总平面布置方案,为港口工程的设计、建设提供了科学依据。同时,简要讨论了工程中航道及港池开挖对波浪传播及港内泊稳的影响。     

平推式造波板运动的数值模拟

平推式推板造波机是近岸及海洋工程波浪物理模型试验中非常重要的试验设备.文章通过垂向二维数学模型,利用线性造波理论来模拟造波板运动,分析了造波板前后水体动力过程,以及当造波板后不设消波设施时,造波板至后墙距离对水体动力过程的影响.该数学模型以包含水气二相流系统的Navier-Stokes方程为基本控制方程,应用粒子Lev...     

舰船波浪弯矩响应的频率特性

非直壁式舰船在高浪级和高航速下的弯矩响应中,除了含有低频遭遇频率成分外,还存在着一定数量的遭遇频率的倍频成分及船体各谐调的垂向总振动频率成份,它们都会对舰船波浪弯矩的非线性响应产生相应的影响。如果舰船的第一谐调垂向总振动频率正好是遭遇频率的整数倍,这时弯矩的非线性响应将达到极值。本文从模型试验及理论计算两方面分析了舰船波浪弯矩的频率特性,对船体载荷响应理论的发展及设计载荷的确定具有指导意义。     

海港工程疏浚对波浪传播的影响

针对海港工程疏浚边界处大角度入射波浪的显著折射和类似"全反射"现象,及其可能对航道、防波堤及港内不同位置产生的不利影响,采用Boussinesq方程建立典型数学模型,并对相关控制性试验要素进行无量纲处理,试验得出不同条件下的波浪场分布及各要素的影响规律。结果显示,各类影响要素中,入射波高-水深比、海底坡度、入射角对最大波高值及波能聚集位置的影响相对显著。