超大型结构物干拖运输特性数值模拟

为了减小超大型结构物在干拖运输过程中所受的加速度,提出利用波浪势流理论及运动响应控制条件的数值模拟方法,以迄今为止世界规模最大半潜式"海上渔场"从中国青岛干拖运输至挪威为例,研究海况、航行吃水及系统重心高度等不同参数下,半潜船的运动响应和超大型结构物的加速度,获得不同参数的影响规律。结果表明,数值模拟结果与工程实际数据吻合较好,验证了该方法的有效性,可为类似减小加速度的干拖运输分析提供参考。     

服役海上结构物破损状态评估研究

对现有的各种结构破损状态评估方法进行了综述和分析对这些方法在受损船舶和海洋工程结构中的应用作了一些探讨，并尝试用模糊数学方法估算了服役海上结构物的破损状态。最后对模糊数学和专家系统方法在服役海上结构物破损状态评估中的应用前景进行了探讨。     

海上平台高温烟气扩散数值模拟分析

以渤海某油田新建中心平台25 MW燃气透平发电机组排放的高温烟气为研究对象,参考英国标准CAP437的环境判定参数,运用KFX软件对直升机起降影响进行CFD数值模拟。根据模拟结果分析直升机甲板周围温升、湍流的分布情况对直升机起降的影响,得到直升机甲板年不可用概率值。依据计算结果验证工程方案的可行性。     

土与结构物半模直剪试验的颗粒流数值模拟*

使用自主改造的半模直剪仪进行土与钢板、石板的半模直剪试验,竖向荷载分级施加,分别为50kPa,100kPa,150 kPa,200 kPa。应用颗粒流离散元程序——PFC2D对土与结构物在不同法向应力条件下相互作用的半模直剪试验进行数值模拟,研究土与结构物相互作用时接触面土体变形及剪应力的变化情况。分析得出土与结构物相互作用时,土体会呈现出硬化现象。随着法向应力的增加,土的剪应力会升高。在土与结构物的接触面上,形成了一定厚度的剪切带,说明土与结构物的相互作用并不只局限于接触面,而对接触面以上一定厚度内的土体也有影响,但影响范围不大,约为5倍的粒径。土与结构物相互作用时,结构物的性质对土体剪应力的变化影响不大。     

潜堤传递波高系数研究

《防波堤与护岸设计规范》推荐的浅堤传递波高系数计算公式仅考虑了堤顶相对水深这一主要影响因素。本文基于MIKE21 SW建立波浪数值计算模型,针对浅堤传递波高系数的各影响因素展开研究,并对推荐公式在不同工况下的适用性进行分析。研究结果表明：堤顶相对水深和堤顶相对宽度是潜堤传递波高系数的主要影响因素;2≤B/H≤3且hc/H≤1.25时,推荐公式的适用性良好;B/H≤1、B/H≥4、2.0＞hc/H≥1.5时,须结合相关试验研究确定潜堤传递波高系数。     

海上多边形筒形基础局部冲刷数值模拟研究

基于CFD方法建立海上风电基础三维冲刷数值模型,研究单向流作用下海上风电基础局部冲刷特性。首先,通过所建立数值模型计算1:20比尺下的海上风电筒形基础的局部冲刷深度和尾涡绕流,并与相同比尺下的物理模型试验进行对比,结果吻合较好。进而,针对实际海况下的多边形筒形基础开展原型尺寸下的局部冲刷数值模拟,得到了冲刷平衡状态下多边形筒形基础周围各测点冲刷深度时程曲线和床面等高线,研究结果可为类似海上风电基础周围冲刷防护提供技术参考和工程借鉴。     

受冲击海上桥梁的非线性动力响应特征数值模拟

在受冲击海上桥梁的非线性动力响应特征数值模拟中,使用传统动力响应特征数值模拟方法模拟的准确度较低,因此提出一种受冲击海上桥梁的非线性动力响应特征数值模拟方法,利用有限元模型对海上桥梁进行基础非线性动力响应分析,通过自由度方程组建立动力响应特征数值模拟模型,结合等分能量法实现动力响应特征数值模拟,为了验证该方法的模拟准确度,利用该方法与传统动力响应特征数值模拟方法同时进行桥梁的非线性动力响应特征数值模拟,其模拟准确度分别为92.4%,72.3%,65.4%,69.1%,通过对比实验可知该方法的模拟准确度最高,验证了该方法的优越性。     

风漂移系数对海上溢油扩展漂移影响的数值模拟

利用MIKE21 OS模块建立营口港海域溢油预测模型,模拟预测风漂移系数对油膜扩展漂移的影响规律。结果表明：风漂移系数是海上溢油事故发生之后影响油膜扩展漂移面积和扩展漂移距离的重要因素;当风漂移系数由0.02增大至0.03时,油膜扩展漂移面积和扩展漂移距离均显著增大;当风向与涨落潮流轴线方向基本一致时,风漂移系数增大能促进油膜在横向和纵向上的扩展漂移;当风向与涨落潮流轴线方向基本垂直时,风漂移系数增大主要促进油膜在纵向上的扩展漂移。     

海洋工程中求解波浪与结构物作用的数值方法

回顾了几年未海洋工程中求解波浪与结构物作用的数值方法的研究成果。对几种典型的数值方法作了的阐述，包括理论依据，数学模型，存在问题等。最后指出目前该领域主要研究方向，作为进一步研究的参考。     

动力定位船舶循迹控制海上实测与数值模拟研究

提出了一个铺管船动力定位的海上监测方案,对某船舶运动和环境载荷进行了实时监测。实测结果表明该方案的合理性以及该船舶具有良好的动力定位循迹控制能力;应用PID控制算法对铺管船动力定位进行数值模拟,并将海上实测结果与数值模拟结果进行对比分析,两者具有较高的吻合度。     

基于能量分配的特定畸形波序列的数值模拟

文章对一个理论畸形波序列进行了数值模拟并且将数值结果与理论值做了对比.采用速度入口方法以实现波浪模拟.在造波边界处不考虑高阶波浪成分,只输入线性波浪速度.分别采用三种不同分辨率的网格进行数值模拟,以找到足够有效捕捉自由面的网格模型.考虑到快速傅里叶变换不能反映畸形波的时频特征,因而引入小波变换研究畸形波传播过程中的能量变化.最后比较了北海实测畸形波和文中理论畸形波小波变换的差异.     

利用Boussinesq方程对作用于大直径圆筒结构上的波浪力进行数值模拟

采用求解Beji和Nadaoka改进的Boussinesq方程,模拟了波浪在多个串连大圆筒结构前的反射,得到了作用于圆筒结构上的波浪力。空间离散采用有限元方法,可以较好地适应圆筒结构表面形成的复杂边界形状。数值模拟结果与公开发表的物理模型试验成果进行了比较,符合较好。     

台风波高重现值的泊松最大熵分布估计

以日本中城湾观测站实测台风过程出现的最大波高序列为例,提出了泊松-最大熵复合极值分布,并将其用于计算台风海浪的重现值波高.采用年极值法与过阈法对台风波高进行长期统计分析.计算结果表明:观测时段相同,阈值的选取对重现值的估计影响不大.而阈值相同,抽样时段的长度对重现值估计的影响较大;若样本时段较短,但极值波高的最大值包含于其中,则估计得到的重现值偏大,该结果对于结构设计是偏安全的.     

双峰谱海浪的数值模拟技术研究

海上的波浪观测资料统计表明，海上纯风浪和纯涌浪的出现机会比较少，大部分以混合浪形式出现，其频谱结构多为双峰甚至多峰。研究双峰谱波浪的模型表述和数值模拟技术，对三种典型的双峰谱海浪进行了数值模拟，仿真结果表明了双峰谱海浪数值模拟的有效性。     

复杂地形条件下波浪爬坡数值模拟研究

波浪爬高是确定海堤、护岸等海岸工程顶高程的主要因素,不仅直接影响工程造价,更关系到工程的安全。目前,针对单一型缓坡以及坡度较陡的防波堤的研究较多,但兼顾各种复杂地形条件下的波浪爬坡还没有一种公认较好的计算模型。文中首次采用MIKE21一维BW模型,分别通过规则波和不规则波对波浪破碎以及波浪爬坡进行了数物模验证。结果表明,应用MIKE21一维BW模型不仅能模拟在缓坡上的波浪破碎及爬坡过程,也能模拟诸如防波堤等陡坡的波浪爬高现象。将该模型应用于海南昌江核电护岸工程,为其安全性设计提供了科学依据,同时也为复杂地形条件下的波浪爬坡问题提供了一种切实可行、易于推广的研究方法。     

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.     

Numerical Simulation of the Stokes Wave for the Flow around a Ship Hull Coupled with the VOF Model

The surface wave generated by flow around a ship hull moving near free surface of water is simulated numerically in this study. The three-dimensional implicit finite volume method(FVM) is applied to solve Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) equation. The realizable k-ε turbulence model has been implemented to capture turbulent flow around the ship hull in the free surface zone. The volume of fluid(VOF) method coupled with the Stokes wave theory has been used to determine the free surface effect of water. By using is a six degrees of freedom model, the ship hull’s movement is numerically solved with the Stokes wave together. Under the action of Stokes waves on the sea, the interface between the air and water waves at the same regular pattern and so does the pressure and the vertical velocity. The ship hull moves in the same way as the wave. The amplitude of the ship hull’s heave is less than the wave height because of the viscosity damping. This method could provide an important reference for the study of ships’ movement, wave and hydrodynamics.     

U型防波堤与波浪相互作用的数值模拟

半淹没式固定U型防波堤,通过在自由水面附近设置挡浪结构增加能量耗散而达到降低港内波浪的目的;为了减小U型防波堤波浪反射,在其左侧设置成可渗透型沉箱。本文基于Navier-Stokes方程,采用k-ε模型封闭雷诺方程,以spatially-averaged方程作为孔隙流的控制方程,用VOF方法跟踪自由表面,建立了波浪与建筑物相互作用的数学模型,采用该模型模拟了规则波入射时波浪与可渗透型U型防波堤的相互作用,针对不同尺寸U型防波堤,进一步讨论了U型防波堤对波浪传播中反射和透射的影响。     

小水线面双体船粘性流数值模拟

利用商业软件FLUENT对一小水线面双体船(SWATH)的粘性绕流进行数值模拟,得到了不同航速下的三维粘性流场和粘性阻力,通过对计算结果的分析、比较,验证了FLUENT用于预报小水线面双体船粘性阻力和伴流分布的有效性和实用性。     

绕船体自由表面流的数值模拟

本文采用RANS方程和VOF算法数值模拟了系列60粘性自由面流动，比较了幂指数律，二阶迎风，QUICK格式对计算结果的影响，详细给出了波形，阻力，伴流等的计算结果，与试验及其它计算结果比较显示本文的计算方法具有较好的计算精度，可用于船型性能分析和优化。