不同类型近破波作用下沉箱式防波堤动力响应分析

采用质量～弹簧一阻尼器集总参数模型模拟防波堤-地基动力系统，对不同类型近破波作用下沉箱式防波堤的动力响应特性进行分析，研究、比较了单峰值冲击型近破波冲击力持续时间、双峰值冲击型近破两波峰值间隔、冲击一振荡衰减型近破波振荡周期等对沉箱式防波堤动力响应特性的影响。结果表明，在近破波冲击力幅值相同的条件下，不同类型近破波作用下沉箱的动力响应有很大差别，单峰值近破波冲击作用下沉箱的动力响应要小于双峰值近破波和冲击一振荡衰减型近破波冲击作用下的情况。     

不规则波作用于直立式建筑物的统计分布

采用物理模型试验探求不规则波作用下的直立建筑物迎浪面的波谷压力概率分布规律。试验表明,直墙前立波和破碎波两种波浪形态作用下,均可采用韦伯分布来描述波压力概率分布,得出了韦伯分布的形状参数与相对基床高度、基床前肩宽和相对波高有关,并拟合给出经验公式。经可靠性检验表明拟合是合理可靠的。     

波浪作用下岸坡动力响应试验研究

利用波浪水槽对波浪作用下岸坡孔隙水压力响应进行试验研究,观察分析岸坡坍塌破环现象和机理,试验入射波采用椭圆余弦波。试验结果分析表明,岸坡内孔隙水压力随波高和周期的增大而增大,岸坡土体介质与介质孔隙水压力密切相关,孔隙水压力对岸坡稳定性有重要影响。     

斜坡堤护面板上最大波压力研究

采用物理模型试验的方法,研究在不规则波作用下最大打击力位置的相对深度的变化规律,拟合了最大打击力位置相对深度的公式;通过分析最大相对波压力随破波参数ξ的变化规律,拟合得到最大相对波压力公式和波压力沿斜坡分布规律。     

直墙建筑物后不规则波越浪压力试验研究*

越浪作用直接关系到直墙建筑物的安全、顶高程的决定等问题.采用物理模型试验,研究不规则波越浪压力在不同基床肩宽、基床高度、胸墙顶端相对静水面高度与波浪要素等因素影响下的规律.通过最小二乘法和非线性多元回归分析,拟合出无因次越浪压力和各主要影响因素相互关系的计算公式,供工程设计参考与进一步研究.     

《三维破碎波波浪数学模型研究与应用》达到国际先进水平

2006年12月26日交通部科教司在天津主持召开了交通部应用基础项目《三维破碎波波浪数学模型研究与应用》成果鉴定会。鉴定专家委员会的鉴定意见认为：由交通部天津水运工程科学研究所完成的该项研究成果具有创新性，总体上达到国际先进水平。该项目主要研究成果和创新点为：（1）提出了三维破碎波浪与任意形状建筑物相互作用的基本理论，采用交错网格技术、两步映射法、部分单元法和曲面组合法等数值计算技术和方法，成功地建立了三维破碎波浪数学模型。（2）提出了二相流概念在波浪模拟中Heaviside函数的新形式。采用该方法计算的压力分布场满足理论分布，保证了在波浪运动模拟中能得到精确的压力值，避免数值震荡、确保计算结果的精确可靠，具有创新意义。（3）模型建立了在二相流概念下的小振幅波、斯托克斯波、椭圆余弦波、孤立波和线性不规则波的造波方法；并采用相应波浪理论进行了验证。采用水体在方箱中震荡和波浪与大直径圆筒作用的理论解及波浪越潜堤的试验结果分别对模型进行了验证，结果表明模型有很好的质量和能量守恒性；模拟的波浪与理论解相当吻合，该模型能够很好地反映波浪的反射、绕射和非线性变形等特性。（4）采用卷破波和崩破波与直立圆筒作用的两组物理模型试验对该模型破碎波情况进行验证，分析了破碎波与直立圆筒作用的压力分布和流场分布，数值模拟和物理模型的波高分布和压力分布基本一致。进一步证明了模型的科学性和合理性，并为工程应用奠定了可靠的基础。     

远破波大波高波浪作用下沉箱抗浪稳定性验算

岸壁码头施工中,沉箱受波高为13.62 m的远破波作用极其罕见,在如此大的波高下,沉箱受波峰压力和波谷压力作用,对沉箱的稳定性影响非常大。为提出合理的方案解决该问题,通过受力分析、计算、物模试验相结合的方法,对烟台西港区一期工程C6,C7,C8沉箱,进行了抗滑和抗倾覆稳定性计算,结果和物理模型试验结果相吻合。利用土力学原理,对远破波大波高作用下的已安装并回填的沉箱,可以通过沉箱背后土压力和孔隙充砂增重相结合的方案,利用土压力抵抗波浪力作用的方法,达到沉箱抗滑和抗倾覆稳定性的要求,确保工程的施工安全。     

波群作用下的泥沙悬移实验研究

对波群作用下沙质海岸上破波带内的泥沙悬移进行了实验研究。文中描述了坡度为1:10的沙质海岸模型上的流体速度、泥沙浓度和波面升高的同步测量。通过实验数据分析不同调制系数的波群对泥沙悬移的影响,以及波群作用下泥沙悬移处湍动能和泥沙悬移之间的联系。实验结果表明在波群传播过程中湍动能伴随波高增大而增大,当波群中最大波高经过测量点后湍动能开始减小。泥沙浓度随着湍动能的增加而增加,间歇性高湍动能现象与泥沙悬移无关。     

低桩承台直立式结构波浪作用力研究

针对低桩承台直立式结构的波浪力计算,设计通常参考《港口与航道水文规范》中波浪对直墙式建筑物的作用力计算方法,但由于承台前沿线与承台下方的直立墙不在同一直线上,使得两者的波浪力存在差别。以深圳机场三跑道海堤工程为研究对象,通过物理模型试验,研究不规则波作用下低桩承台直立堤波浪作用力变化规律。研究结果表明,承台底部冲击压强在Δh/H_s=0. 2附近出现峰值;承台前沿波浪压强受承台结构的影响较小,其变化规律与直墙式建筑物波浪压强相似;承台下方直立墙波浪压强在-0. 5Δh/H_s≤1. 5时,具有明显的冲击特性,是普通直墙式建筑物波浪压强的数倍。     

直立墙上波浪力的分析与研究

分析波浪力的理论分布 ,用不同算式计算直墙上波浪作用力 ,结合有关试验数据 ,讨论波浪力大小与波向、建筑物长度的关系 ,并对如何减小波浪力提出几点看法。     

风暴潮条件下越浪水体对堤顶附加直墙的作用

为研究极端条件下浅水大波对沿海建筑物的作用,采用物理模型试验的方法,在波浪水槽中开展风暴潮条件下越浪水体对斜坡堤堤顶附加直墙的作用试验,得出波浪作用在堤顶附加直墙上压强分布的规律,并基于动量方程得出越浪量和压强、流速之间的相互关系。结果表明,不同越浪量条件下直墙作用力随时间呈不同的变化规律,当越浪量较小时呈单峰分布,越浪量较大时呈双峰分布;越浪水体对直墙的水平作用力符合韦布尔分布;越浪水体上挑角度先随越浪量增加而增加,当越浪量较大时再随越浪量增加而略微减小,最大值在75°左右。     

破碎波对直立堤作用的实验研究(英文)

Breaking waves can have tremendous destructive impact on vertical walls,yet they are poorly understood.By using particle imaging velocimetry(PIV) technology and high-precision pressure transducers,actual breaking wave loads on vertical walls were studied.By simultaneously comparing the flow field structure and wave pressure,the mechanisms of breaking wave pressure could be analyzed.The probability distribution of the peak value of the first impact of a breaking wave was investigated.The results showed that the impact pressure p is mainly distributed in the range of 0.25-2.75 ρν 2,with the greatest possible probability at p/ρ v2= 0.75.     

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.     

SPH-ALE 方法在数值造波中的应用研究

应用传统的 SPH 方法处理数值造波问题有一定的局限性,波浪在传播过程中由于能量耗散会出现衰减,且粒子压力场存在数值震荡。该文基于 SPH-ALE（Arbitrary Lagrangian-Eulerian）方法,提出了一种适用于黎曼解算法的时间积分方法,详细论述了对自由面粒子的捕捉方法。采用 SPH-ALE 方法分别对规则波传播、强非线性波的破碎、孤立波生成及在斜坡上的破碎进行了数值模拟。模拟结果表明,该方法可以有效地解决波浪衰减及压力场不稳定问题,并且可以有效捕捉波浪破碎的瞬时形态。     

Fundamental research on resistance reduction of surface combatants due to stern flaps

It is well known that a decrease in ship resistance may be achieved due to the installation of a stern flap. Therefore, so far, a considerable amount of research on stern flaps has been conducted. Previous research has demonstrated that the primary mechanism by which a stern appendage reduces resistance is a change in the pressure distribution over the aft body of the hull, and secondly through effects on the running attitude, near and far field wave generation, and local transom flow among other phenomena. However, the change in pressure distribution is influenced by the other components. Hence, there is still room for argument about the relative contribution of each component to the pressure distribution. Therefore, as the first step of the research, by conducting the model experiment in towing tank and CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis, we examined the effect of running attitudes and wave making at the after portion of the hull on resistance reduction. As a result, it is concluded that a flap affects a change in the wave generated at the transom part and it could lead to a decrease in wave-making resistance.     

Breaking wave at the bow of a fast displacement ship model

We investigated the flow structures under the bow wave generated by a fast displacement ship model (INSEAN model 2340) in the presence of wave breaking. The data acquired were also used for a detailed database for CFD validation. The mean and r.m.s. point-wise values of the wave height were measured by means of a finger probe. The intensity of the breaking wave was taken as the r.m.s value of the wave height. The mean velocity field under the free surface was measured at 0.15 L _PP and 0.2 L _PP downstream of the fore perpendicular by means of a 5-hole Pitot probe. Uncertainty assessment of the wave height and velocity field results was performed following the AIAA Standards S-071-1995. Preliminary CFD results from a RANSE code with a breaking model are shown in comparison with the measured data.     

拖航工况下半潜平台撑杆波浪砰击敏感性研究

半潜式平台在拖行过程撑杆等细长结构承受的波浪砰击对结构安全影响较大,相关船级社规范中明确要求结构分析过程中需要考虑波浪砰击载荷。基于传统势流理论的数值方法已经被广泛的应用于浮式海洋平台的水动力和砰击载荷的研究,但是对于复杂的粘性干涉效应、波浪爬升、波浪破碎和波浪砰击等实际工程问题不能够运用势流理论准确模拟。非定常的计算流体力学CFD (Computational Fluid Dynamics)方法能够较为准确解决上述问题。因此,本文以982半潜式海洋平台为研究对象,采用计算流体力学中的动态重叠网格方法和流域体积域方法VOF(volume of fluid),结合水池物理模型试验结果,对平台在拖行工况下撑杆的波浪砰击进行研究。主要对半潜平台撑杆在三种不同流速和风速的拖航工况下撑杆受到的砰击压力的敏感性进行了分析研究,分析波浪砰击下撑杆的瞬态砰击压强分布情况,得到波浪砰击压力危险区域,同时给出拖航工况下撑杆砰击压力系数的变化规律,为分析预报半潜式平台撑杆在复杂的拖航海况下受到的砰击压力提供了参考。     

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.     

基于CFD技术的舰炮发射对观瞄装置的影响

为分析舰炮发射时高温、高压、高速的火药气体对炮口附近的观瞄装置的影响,建立舰炮身管与观瞄装置的三维流场仿真模型,分析炮口流场的形成过程,得到舰炮发射时的压力场和温度场。同时对观瞄装置上各面及附近特殊点进行压力和温度的监测,分析各监测位置的数据。结果表明该总体方案下舰炮发射时,炮口冲击波对观瞄装置影响较大,高温火药气体对其的影响可以忽略。研究结论表明,利用CFD方法可以对武器系统总体方案的布置提供一定的设计参考。