波浪作用下网箱所受波浪力的影响因素试验研究

为研究网箱在波浪场中所受波浪力,设计圆形和方形两种不同形状的重力式网箱模型,并对网箱装配同种规格不同密实度大小的网衣,通过模型试验获取网箱在8种设计波况下的受力曲线。将装配相同网衣的圆形网箱模型和方形网箱模型所受的波浪力进行对比,结果表明,相对于方形网箱,圆形网箱承受更小的波浪力;同时将装配大密实度网衣的圆形网箱模型与装配小密实度网衣的圆形网箱模型所受的波浪力对比,结果表明,装配大密实度网衣的网箱模型比装配小密实度网衣的网箱模型受到的波浪力大。此外,从试验结果也可发现,波长的改变对网箱所受波浪力的基本无影响,而随着波高增加网箱所受波浪力也增大。     

三维数值水池的水波衰减特性分析

为了研究数值水池的波浪衰减特性，本文以N-S方程为控制方程，基于有限体积（Volume of Finite，VOF）法和湍流模型RNG k-ε，通过在流场入口处添加速度的方式，模拟了波浪的生成与传播过程；并且在水池末端添加动量源项实现了波浪的消除。在建立数值水池的基础上，对数值波浪水池的模拟精度和波浪衰减的相关问题进行了分析，得出了波浪沿程衰减的规律曲线及最优的数值仿真设置方案。     

砂质海床特性对单桩所受波浪荷载的影响

砂质海床特性极大地影响波浪与海工单桩基础结构的相互作用,而将多孔介质海床简化为刚性、不可渗透固体海床,忽视了多孔介质海床对波浪能量的影响。研究砂质海床孔隙率、介质颗粒平均粒径对单桩所受波浪荷载的影响,设计5种不同海床特性的波浪水槽试验。研究结果表明:在相同波浪条件下,砂质海床结构内部的孔隙流对波浪能量产生衰减作用,随着颗粒直径的增大,波浪能量衰减愈加明显,单桩所受波浪荷载越小。当海床孔隙率较小,海床结构内部水流运动微弱,多孔结构对波浪消能作用不明显。当海床孔隙率进一步增加,海床结构内部水流运动增强,多孔结构对波浪消能作用显著,单桩所受波浪荷载明显减弱。     

波浪作用下网衣结构承受载荷研究

为了研究波浪作用下渔业养殖装备的网衣受到的载荷,并探讨主要的影响因素。采用屏模型对网衣进行了数值计算,分别应用线性波理论和2阶斯托克斯波理论计算流体质点速度和加速度,并考虑自由表面变化对网衣载荷的影响。为了验证数值方法,对不同密实度网衣进行了水槽试验。结果表明,屏模型计算得到的网衣波浪载荷和试验吻合较好,2阶斯托克斯波理论计算得到的波浪水平力峰值比线性波理论计算的精度更高。网衣密实度对网衣受到的波浪载荷具有较大影响,特别是在长周期波情况,影响更为显著。     

基于δ-SPH方法的多孔潜堤共振反射数值模拟研究

基于δ-SPH方法,通过在控制方程中引入介质阻力项,建立波浪与多孔潜堤相互作用的数值波浪水槽。对比数值模拟结果与物理模型试验结果,发现二者符合良好,验证了数值模型的可靠性。通过数值算例分析,研究了波浪参数、多孔潜堤参数等对双排梯形多孔潜堤Bragg共振反射的影响。研究表明:当入射波长约为2倍潜堤中心间距时,潜堤发生主频共振反射;波浪未破碎情况下,入射波高的变化对共振反射影响较小;降低堤顶水深、增加潜堤中心间距或增加潜堤宽度能够增强共振反射;当梯形潜堤顶宽固定时,主频反射系数随坡度增大而减小,当潜堤底宽固定时,主频反射系数随坡度增大而增大。文章数值模型能够有效模拟波浪与多孔介质潜堤的相互作用,可为工程设计提供参考。     

渗透介质中波浪传播的二阶Boussinesq水波数值模拟

准确模拟波浪在多孔介质中传播变形对于研究波浪与抛石防波堤等建筑物是十分必要的,在考虑了多孔介质中拖曳阻力和惯性力的基础上,导出一组高阶Boussinesq型水波方程。在常水深情况下对方程进行了理论研究,并将无因次相速度以及衰减率与解析解结果进行了对比。结果显示方程的相速度与解析解吻合程度较好,同时衰减系数也与解析解在不同程度上吻合较好。在非交错网格下,对方程进行了预报-校正的求解模式。利用一维数值模型模拟了孤立波在多孔介质中的传播,与相关实验结果进行了对比,验证了数值模型的合理性,并且对波浪在渗透地形中的传播进行了数值模拟,数值结果与实验结果吻合较好,验证了多孔介质对波浪的影响。     

复合筒型基础周围土体在波浪作用下的动力响应

利用OpenFOAM模拟数值波浪水槽,将复合筒型基础周围海床受到的波压力作为初始条件输入有限元软件ABAQUS,建立波浪作用下海床动力响应模型。数值模拟结果与实验结果及解析解吻合较好。运用此模型进行了复合筒型基础周围海床在行进波作用下动力响应研究和土体特性对波浪作用下海床动力响应的影响分析,结果表明,海床孔隙水压衰减速度随着海床渗透系数和弹性模量的增加而增大。     

基于Boussinesq模型的刚性植被水域波浪传播特性数值分析

通过在Boussinesq水波模型中引入拖曳应力项来考虑植被对波浪的衰减作用,建立了波浪在近岸刚性植被水域传播运动的数值模型。在对模型进行验证的基础上,模拟分析了植被特征参数与入射波要素对波浪传播运动的影响。数值模拟结果表明,波浪在近岸植被区传播时,随着植被密度和植被淹没高度的增加,波浪传播中波高衰减率增大、波能损耗率增大;随着入射波高的增加,波浪传播中波高衰减率增大、波能损耗率增大。     

水流作用下的渔网水动力数值方法研究

为了研究渔网在水流作用下的受力及变形情况,文章基于ABAQUS二次开发技术,结合网平面经验公式,编写了水动力计算模型。根据网衣的密实度、雷诺数和网平面与流速的夹角与水动力系数的关系式,计算出每个网目的水动力系数,再施加在网衣的每个网目上,最终计算出整个网衣的水动力和变形情况。同时在该方法中也考虑了流速衰减的问题。通过此方法验证了网箱在不同网格数和沉子质量时水动力和网箱体积计算结果的准确性,未来可以应用该方法计算网箱在水流下的水动力。     

波浪在抛石潜堤上传播变形的MPS法模拟研究*

波浪在抛石潜堤上传播过程中会出现波浪反射、透射、越浪和破碎等复杂的流体运动过程，是一个复杂的强非线性紊流渗流问题。采用改进的MPS法，基于Drew的多孔介质内二相流运动控制方程，推导出适合粒子法的渗流水体压力泊松方程的混合源项方程，并通过在模型中引入SPS紊流模型来模拟多孔介质内外的紊流效应，构建垂向二维MPS法紊流渗流数值计算模型，模拟波浪在抛石潜堤上传播变形问题，对抛石潜堤内外的流速场、压力场、紊流能量的分布特性进行分析。结果表明：模型能够很好地再现抛石潜堤内外复杂的流场和压力分布，而且显著缓解流-固界面处的压力振荡与粒子分布不均匀问题，实现较高的模拟精度。     

重力式深水网箱的抗台设计与水动力性能分析

针对重力式深水网箱抗台风能力较弱,容易出现浮架损坏、锚绳断裂和网衣严重变形等问题,以一典型重力式深水网箱为研究对象,结合传统网格式系泊,提出在底部附加系泊缆的新型抗台设计方案,基于势流理论和非线性有限元方法,建立网箱数值模型,在不同入射角和波高下,对比分析传统网格式和新型抗台式系泊的网箱系泊缆张力、浮架运动和网箱变形。数值计算结果表明:与传统网格式系泊相比,新型抗台式系泊的网箱水平偏移平均减小7.81%,垂直下沉增加59.71%,系泊缆最大张力降低26.61%,网箱体积剩余系数增加超过70%,明显高于网箱容积的破坏阈值。     

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.     

规则波作用下近岸透空式结构物的波浪上托力研究

基于对透空码头结构物波浪上托力研究现状的分析,运用垂向二维CFD数值波浪水槽建立模拟规则波作用下水平板波浪上托力的数值模型.通过物理模型和数值模型所获波浪压力结果的对比分析,总结平板底部流场和测点压强的分布特点,探讨不同周期波浪的最大冲击压强随波浪相对超高变化的规律.试验结果表明,规则波作用下波浪上托力的数值模拟结果与...     

有限厚度非均质海床对非线性波浪响应的有限元模拟

本文在Biot多孔介质动力固结理论的基础上,对有限厚度砂质海床与非线性波浪的相互作用进行了有限元数值模拟.进行参量研究,分析了波浪非线性、海床非均质性和相对厚度等因素对海床土层内超孔隙水压力分布的影响.     

基于抗数值衰减的短波数值模拟

数值衰减是构建船舶耐波性数值波浪水池中的常见问题,对于短波的数值模拟显得尤为突出.基于已有的数值波浪水池研究成果,分析了波浪数值模拟衰减问题的成因,得到了影响波浪数值衰减的主要因素为网格尺寸、网格长宽比、时间步长、离散格式及自由面重构方法.在此基础上,定义了波浪数值衰减指数,采用边界造波法进行波浪生成,采用VOF法模拟自由面,通过系列仿真对比试验,得出了各影响因素与波浪数值衰减的量化关系,得到了波浪数值仿真的优化模式.采用此模式对3种短波进行数值模拟,模拟结果与理论解吻合良好.     

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。     

不规则波对平板冲击作用数值模拟研究

文章采用数值模拟方法,建立了基于FLUENT软件的二维不规则波浪数值模型,探讨了波浪对水平板结构的作用机理.模型中采用RANS方程和标准k-ε方程,采用VOF方法重建自由液面.通过数值模拟复演了波浪冲击水平板结构的过程,将数值模拟结果与实验数据进行比较,验证了模型的可靠性.经过计算和分析,研究了波浪冲击平板过程中的冲击压力和流场特性,得到了冲击压力和流场的分布规律.分析了波陡,净空及板宽等参数对冲击压力和流场的影响.最后,给出了波浪冲击压力与相应水质点垂直速度间的统计关系,并对河海大学原有冲击压力的计算公式进行了改进,提出了新的冲击压力公式.研究结果表明:冲击压力峰值与相应的水质点垂直速度的平方成正比,修正后的冲击压力公式更为合理、可行.论文工作将对准确预测冲击载荷,掌握更多的冲击机理具有重要意义.     

不规则波对平板冲击作用数值模拟研究（英文）

文章采用数值模拟方法,建立了基于FLUENT软件的二维不规则波浪数值模型,探讨了波浪对水平板结构的作用机理。模型中采用RANS方程和标准k-ε方程,采用VOF方法重建自由液面。通过数值模拟复演了波浪冲击水平板结构的过程,将数值模拟结果与实验数据进行比较,验证了模型的可靠性。经过计算和分析,研究了波浪冲击平板过程中的冲击压力和流场特性,得到了冲击压力和流场的分布规律。分析了波陡,净空及板宽等参数对冲击压力和流场的影响。最后,给出了波浪冲击压力与相应水质点垂直速度间的统计关系,并对河海大学原有冲击压力的计算公式进行了改进,提出了新的冲击压力公式。研究结果表明:冲击压力峰值与相应的水质点垂直速度的平方成正比,修正后的冲击压力公式更为合理、可行。论文工作将对准确预测冲击载荷,掌握更多的冲击机理具有重要意义。     

潜式双层水平板型防波堤的消浪机理分析

双层水平板型防波堤是一种新型结构形式的防波堤。该防波堤与波浪相互作用的流场和涡量场变化特性及消浪机理研究,文献中还鲜有论述。文章用数值方法研究了波浪与潜式双层水平板型防波堤的相互作用。以连续方程、雷诺时均方程和k-ε湍流模型作为控制方程,建立了波浪与防波堤相互作用的数值模型。数值研究了潜式双层水平板型防波堤附近的流场、涡量场变化过程和不同位置的波能流。研究结果表明,上层板上方水域的涡动能量损耗及双层板之间和下层板下方波能流的逆向传递是防波堤的主要消浪机理。     

数值波浪水槽波浪传递性能研究

随着计算机运算能力的快速增长,数值水槽模型成为海洋装备和沿岸工程中越来越重要的研究工具,而波浪传递过程中的衰减情况是衡量数值波浪水槽质量的重要指标。本文通过STARCCM+软件,使用不可压缩流体N–S方程与VOF流体体积法基于传统纯粘流和势粘流相结合的方式建立数值波浪水槽,分析并对比2种数值波浪水槽的性能。结果表明,相比纯粘流数值波浪水槽,基于势粘流相结合的数值波浪水槽的波浪在传递过程中衰减更小,具有更高的稳定性。