水运工程中物理模型试验造波机的发展与应用

文中首先对模型试验中造波机的分类和发展历程进行梳删,进而对交通运输部天津水运工程科学研究院所拥有的水槽造波机、水池造波机、L型造波机以及大比尺水槽造波机进行了介绍,最后分析了造波机的日常维护和保养措施。     

多板主动吸收造波技术实验研究

文章基于主动吸收造波理论,以波高反馈的控制方式设计了一套完整的多板主动吸收造波控制系统。进一步通过水池物理模型实验,以两点法计算对比了主动吸收与非主动吸收造波的效果。实验结果表明,该系统可以实现二维规则波和不规则波的主动吸收式造波。在此基础之上,对比验证了多板控制方式的优势。由于反射结构的三维特性,即使进行二维造波,水池横向各处的反射波浪也会出现很大差异,而多板异步运动的主动吸收造波可以在二维造波过程中有效地约束这种差异,提高造波质量,延长稳定造波时间,该技术具有一定的研究和实用价值。     

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。     

基于FLUENT的垂向二维数值波浪水槽的造波效果

建立精准的数值波浪水槽需要选取合适的造波方法、波浪方程和网格尺寸。利用FLUENT流体力学模型,采用源项法、推板法、速度边界法3种造波方法,分别建立不同网格尺寸和波陡条件下的数值波浪水槽。结合相应的波浪理论,比较采用各造波法的数值一阶线性波和二阶Stokes波、三阶Stokes波效果,得出数值波传播特点、适宜网格尺度及波陡对数值波效果影响。结果表明,源项造波法造波的波高沿水槽衰减最快,对网格尺寸变化最敏感;推板造波法数值造波效果最好;速度边界造波法计算效率最高,数值波高沿水槽衰减速度最小;在数值水槽的波浪传播有非线性作用影响,导致即使造波是线性波,传播到一定距离后,波面也有非线性变形。     

实验室水槽内基于二阶理论的波浪模拟

实验室常用的一阶造波理论中的小振幅假设会在造波时生成附加的自由伪谐波,该波浪会影响造波的质量,而二阶造波方法可以通过附加造波板运动消除该自由伪谐波。文章基于Sch?ffer建立的二阶造波理论,建立了实验室水槽造波软件,针对规则波和不规则波,分别采用一阶和二阶理论进行推板造波实验,验证了二阶造波方法的有效性,二阶造波方法可有效抑制自由伪谐波,得到更精确的波形,并对采用二阶造波理论产生波浪时的问题进行了讨论。     

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。     

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。     

水池摇板式造波机传递函数研究

文章介绍了自研的分段摇板式造波系统。该造波系统在拖曳水池安装完成后,进行了造波机的传递函数试验,并与势流理论结果进行了比较。通过试验得到,该造波系统具有良好的频响特性。同时,由分析比较可知,在进行造波机初步设计时,采用势流理论计算的造波机最大冲程应至少增加5%。     

具有ARC功能的摇板式造波机的应用研究

船舶试验科学的发展促进了水池试验水平的提高,采用具有ARC(主动式消波)技术的造波系统会有效地吸收各种反射波,明显提高水池的波浪模拟质量.本文针对摇板式造波机,对主动反射吸收造波原理进行推导,提出了适用于规则波和不规则波的摇板式造波机的主动消波方法,并在水槽中设计出一套用于ARC造波的计算机控制单元板造波装置,最后通过试验结果对这种方法进行了主动消波的验证.     

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...     

蛇形造波机液压泵站及其控制电路设计

介绍蛇形造波机液压泵站的结构特点及其控制电路的设计。     

Hydroelastic analysis of a very large floating plate with large deflections in stochastic seaway

The hydroelasticity of a very large floating plate with large deflections in multidirectional irregular waves is discussed. After a brief introduction on wave loads on a flexible structure, the paper derives the generalised fluid force acting on a floating structure in multidirectional irregular waves. The nonlinear sectional forces induced by the membrane forces in the plate are deduced. The hydroelastic response equations of a floating plate with large deflections in multidirectional irregular waves are established, and a solution method in the frequency domain is discussed including extreme value statistics. A very large floating structure is chosen as an example. The numerical results show that the influence of the membrane forces on the vertical displacements and the bending moments is noticeable but not that large.     

多向不规则波群的数值模拟

基于单向波群的数值模拟,引入方向分布函数,按给定的频谱、波群因子和方向分布参数,建立了多向波群的数值模拟方法,通过典型的算例表明方法的有效性,并对模拟结果进行了统计分析,研究了波浪群性与波浪统计特征之间的关系。     

蛇形造波机计算机程序的设计

用C语言和汇编语言编制了蛇形造波机的控制和数据处理程序,用于生成规则波、斜向规则波、不规则波、斜向不规则波和多方向不规则波。介绍了驱动信号的生成、采样间隔的确定、方向函数的估计和方向谱的修正方法。     

蛇形造波机设计参数的确定

利用势函数理论计算了推波板的最大行程、单元最大负载力和负载功率。计算结果与多年来的实践经验接近。且从造波机研制完成后的性能测试结果来看,亦与预期值符合甚好。     

梅西河潮流能水轮机开发的场地选择评价研究（英文）

This paper used a specialist software package to produce a detailed model of the River Mersey estuary, which can be subjected to a range of simulated tidal conditions. The aim of this research was to use the validated model to identify the optimal location for the positioning of a tidal turbine. Progress was made identifying a new optimal site for power generation using velocity data produced from simulations conducted using the MIKE 3 software. This process resulted in the identification of site 8, which sits mid-river between the Morpeth Dock and the Albert Dock, being identified as the favoured location for tidal power generation in the River Mersey. Further analysis of the site found that a 17.2-m diameter single rota multidirectional turbine with a 428-kW-rated capacity could produce 1.12 GWh annually.     

Site Selection Appraisal for Tidal Turbine Development in the River Mersey

This paper used a specialist software package to produce a detailed model of the River Mersey estuary, which can be subjected to a range of simulated tidal conditions. The aim of this research was to use the validated model to identify the optimal location for the positioning of a tidal turbine. Progress was made identifying a new optimal site for power generation using velocity data produced from simulations conducted using the MIKE 3 software. This process resulted in the identification of site 8, which sits mid-river between the Morpeth Dock and the Albert Dock, being identified as the favoured location for tidal power generation in the River Mersey. Further analysis of the site found that a 17.2-m diameter single rota multidirectional turbine with a 428-kW-rated capacity could produce 1.12 GWh annually.     

破碎波对随机波统计特性影响的实验研究(英文)

The influence of wave breaking on wave statistics for finite-depth random wave trains is investigated experimentally. This paper is to investigate the influence of wave breaking and water depth on the wave statistics for random waves on water of finite depth. Greater attention is paid to changes in wave statistics due to wave breaking in random wave trains. The results show skewness of surface elevations is independent of wave breaking and kurtosis is suppressed by wave breaking. Finally, the exceedance probabilities for wave heights are also investigated.     

栾家口和蓬莱东港区波浪特性与掩护水域波况研究

根据龙口、蓬莱海洋站实测波浪资料,分析烟台港栾家口港区和蓬莱东港区的波浪特性,结果显示该海区属于以风浪为主、涌浪为辅的混合浪。利用TK-2D的PEM波浪数学模型模拟工程前波浪,得到工程区设计波要素,栾家口港区的强浪向是偏WNW向,蓬莱东港区的强浪向是偏NE向。利用MIKE21的BW方程波浪数学模型对平面布置方案下港内的波况进行模拟。在掩护水域由于采用直立式码头,波浪发生多次反射,码头前波高较大,为减小港内波高,对方案进行优化,采用高桩等反射率小的码头结构型式,可以消散港内波能,有效减小码头前波高。     

大型港口潜堤越浪后港内波况研究

采用波浪物理模型和数学模型相结合的方式,研究了大型港口潜堤越浪后港内的波况。基于断面物理模型试验,测定了波浪在潜堤的堤前和越堤后的传播规律,通过数学模型研究了波浪传播到港内的波况。对天津临港工业区的港内波况进行了分析研究,分别对TK-2D的缓坡方程波浪数学模型和MIKE21的BW波浪模型的模拟结果进行对比,结果表明2种波浪数学模型均可模拟潜堤越浪对港内波高的影响,但对于潜堤越浪后次生波的衰减特性模拟均不够准确,有待于进一步研究。