潜堤掩护港域波浪传播数值模拟

采用基于Boussinesq方程的平面二维波浪数学模型,将潜堤作为动边界处理,对潜堤掩护港域的波浪传播变形进行数值模拟研究。首先,采用Ohyama等的潜堤试验数据,就数学模型对人工潜堤上波浪传播变形问题的适用性进行验证探讨;其次,针对某渔港外部潜堤防护工程,采用数学模型进行波浪场推算,分析潜堤的消浪过程,同时将模拟得出的波浪透射系数与国内外经验公式计算值进行对比,结果表明该数值模拟方法是有效的。     

波浪在斜坡堤上传播的数值模拟

基于VOF自由表面追踪技术,通过直接求解Navier-Stokes方程及κ-ε方程,建立了求解波浪与建筑物相互作用的数值波浪水槽,并将其用于研究波浪在不透水斜坡堤上传播的物理过程。首先,通过对水平床上非线性波传播过程的模拟分析验证了该数值波浪水槽的模拟精度;在此基础上,对规则波在斜波堤上传播的水动力过程,包括波浪爬坡、越浪及越流等进行了数值模拟,并通过物理模型试验结果对堤前水位及越浪量变化的模型模拟结果进行验证。     

潜堤坡度对随机波浪非线性特征的影响

利用完全非线性Boussinesq方程数值模型研究了随机波浪在潜堤上传播时,波浪非线性参数的变化。不对称度和偏度极值出现的位置可能是潜堤受波浪冲刷破坏比较严重的位置。斜坡坡度会对不对称度和偏度的变化有一定的影响。     

双层Boussinesq水波方程

从Laplace方程出发,推导了一组适应于波浪在非平整地形上传播的双层Boussinesq水波方程,方程以双层水深积分平均速度表达且具有二阶全非线性特征。通过在动量方程中引入高阶色散项和非线性项进一步提高了方程的色散性和非线性性能。常水深情况下,分析了方程的色散关系和二阶波幅传递函数,并与Stokes解析解进行了比较。结果表明,在0.3%误差下方程可适用水深达kh≈6,在此水深范围内二阶波幅传递函数误差在10%以内。在非交错网格下,建立了基于有限差分方法和混合4阶Adams-Bashforth-Moulton时间积分格式的一维数值模型,模拟了波浪在潜堤上的传播变形,并与实验结果进行了对比,吻合程度较好。     

潜堤上聚焦波演变的CIP方法模拟

本文利用数值方法模拟了极端波浪在福建·大屿生态示范岛潜堤上的传播过程,分析其流场特性。采用基于CIP的数学模型完成数值模拟,得到与实验数据吻合良好的结果。为进一步研究极端波浪与结构物的作用提供了良好的理论基础。     

双层Boussinesq水波方程（英文）

从Laplace方程出发,推导了一组适应于波浪在非平整地形上传播的双层Boussinesq水波方程,方程以双层水深积分平均速度表达且具有二阶全非线性特征。通过在动量方程中引入高阶色散项和非线性项进一步提高了方程的色散性和非线性性能。常水深情况下,分析了方程的色散关系和二阶波幅传递函数,并与Stokes解析解进行了比较。结果表明,在0.3%误差下方程可适用水深达kh≈6,在此水深范围内二阶波幅传递函数误差在10%以内。在非交错网格下,建立了基于有限差分方法和混合4阶Adams-Bashforth-Moulton时间积分格式的一维数值模型,模拟了波浪在潜堤上的传播变形,并与实验结果进行了对比,吻合程度较好。     

不同时空格式在求解Boussinesq水波模型中的应用

为了解不同时间空间差分格式在常用的二阶或四阶Boussinesq模型中的应用,针对4组近似到0（旷）阶完全非线性的二阶或四阶色散性的高阶Boussinesq水波方程,在非交错网格下,利用Crank-Nicolson格式、蛙跳格式、混合四阶Adams-Bashforth-Moulton格式,建立不同的数学模型。利用这些数值模型模拟波浪在潜堤上的传播变形,通过数值结果与试验结果的比较．考察时间格式及空间格式对模型的影响。结果表明：对同一方程,混合四阶Adams-Bashforth-Mouhon格式和Crank-Nicolson格式均能取得较好模拟效果,蛙跳格式的模拟效果最差;二阶Boussinesq模型采用追赶法求解已能满足要求;对四阶Boussineq模型,二阶空间导数色散项亦采用四阶精度,其数值效果会更好。     

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...     

交错网格下四阶Boussinesq方程对潜堤上波浪演化的应用*

基于Madsen 和 Sch?ffer推导的四阶Boussinesq方程,在交错网格下建立一维数值模型。模型中的时间导数采用混合四阶Adams-Bashforth-Moulton 格式。为了避免二次反射,采用了Gobbi 和 Kirby的的内部源函数造波法。最后数值模拟了波浪在潜堤上的演化过程,并且与Luth的试验值进行对比,结果显示两者吻合较好,另外还给出了非交错网格下的模拟结果,通过对比可知,两个模型都能够很好地模拟波浪在潜堤上的演化过程。     

规则波跨越潜堤传播新型数值模型

Boussinesq方程常用于模拟波浪的传播,将有限体积法和有限差分法耦合求解Boussinesq方程,对规则波在潜堤上的传播形态进行模拟,具有准确捕捉干湿动边界和较好地处理波浪破碎等优点。     

二阶Boussinesq水波方程色散性的修正与实例验证

在邹志利（2005）推导的二阶Boussinesq水波方程基础上,利用改变两个参数值,使得方程的相速度和群速度在水深等于中等水深时的误差减小。传统方法确定Boussinesq水波方程时给出的参数值是利用线性Stokes色散关系式的Padè二阶逼近来确定参数值,这使得方程的色散精度有所降低,对此文章给出合理的解释。利用线性多步法中的4阶预报和4阶校正的格式对方程进行了数值计算。针对波浪在潜堤上和椭圆型浅滩的传播变形进行了数值模拟,改变系数后的数值模拟结果与实验结果吻合更好,验证了系数的合理改变是对方程色散精度的进一步修正这一结论。     

海洋工程数值水池基准模型水动力特性数值模拟研究

我国正自开展数值水池自主研发研究,需要确定一代表性平台模型作为基准检验试验及数值模拟研究对象.本文针对设计的半潜平台基准检验模型建立了数值模型,进行了作业、生存和拖航三种典型工况下的水动力特性预报,获得了平台水动力系数、波浪中运动响应传递函数、关键点加速度传递函数等.将运动响应计算结果与现有第六代半潜平台的运动响应数值模拟结果进行了对比,趋势一致,验证了该模型作为基准模型具有一定的合理性和先进性.     

不同因素对潜堤波浪传播的影响

针对波浪穿过梯形潜堤时的波浪形态沿程变化问题,以梯形潜堤为研究对象,通过二维水槽试验,研究梯形潜堤上规则波的传播特征。以比波高为参数分析不同波浪要素(波高、周期和水深等)对波浪传播变形的影响。试验结果表明,其他条件不变时,入射波高越大、波浪周期越小、堤顶淹没水深越小时,波高在潜堤上方衰减越明显。在有足够水深,且波高较小时,波浪对潜堤均有良好的穿透性;波高较大时,波浪在潜堤上部发生破碎,波浪穿过潜堤后波高衰减,此时潜堤的消波作用明显;在波浪不发生破碎情况下,较长周期波浪在潜堤顶部比波高增大,且出现双峰值。     

潜堤透射系数经验公式的验证

开展潜堤数值模拟研究的关键问题在于潜堤透射系数的确定.根据断面物理模型试验测得的潜堤透射系数对国内外众多计算潜堤透射系数的经验公式进行验证,发现杨正己的经验公式计算结果与实测值吻合度较高,且略偏于安全,可作为潜堤数值模拟时估算波浪透射系数的一种辅助手段.     

直接边界元法时域全非线性兴波计算

文章在时域中采用直接边界元的方法计算模拟了以稳定航速运动的近水面潜体全非线性兴波现象.从格林定理出发,在边界面上布置Rankine源和偶极子,采用时间步进的方法计算模拟潜体近自由面运动的兴波现象.每个时步自由面上的势和节点位置采用全非线性拉格朗日自由面边界条件求解,重新生成自由面网格准备下一个时步计算的初始条件.文中给出了数值计算的结果并与试验和线性计算的结果相比,证实了该方法是可靠的,并可以利用该方法建立数值波浪水池.     

不同结构形式潜堤消浪性能物理模型试验研究

波浪经过透水结构的传播是波波相互作用非线性的过程,难以用数学模型进行准确模拟。针对这一复杂问题,选取了矩形、梯形、三角形、半圆形4种结构形式的潜堤,采用波浪断面物理模型试验的方法对这4种结构形式潜堤的消浪特性进行了研究。选取常用的影响因子,分析4种潜堤在波浪作用下透射系数随影响因子的变化规律,并通过经验公式对试验结果进行验证。研究结果表明潜堤消浪性能受入射波浪要素、潜堤相对堤顶水深、潜堤自身尺寸等因素影响较大。     

风浪联合作用下深水半潜平台耐波性能的数值模拟

通过数值模拟方法,研究风浪联合作用下深水半潜平台的耐波性能。该方法通过建立风速与波浪相干函数模型,利用该模型获得当前深水半潜平台不同工况下风速与海浪的关系,再计算风浪联合作用下深水半潜平台的海浪作用力和风作用力,以2个数值为基础,构建深水半潜平台耐波性能数值模拟模型,在不同情况下模拟风浪联合作用下深水半潜平台耐波性能。实验结果表明：该方法可在不同波浪周期时,模拟风浪联合作用下深水半潜平台的横荡和垂荡数值,在波浪周期较小时,垂荡与横荡数值也较小,深水半潜平台的耐波能力较强;风浪角越大,在波浪周期相同时深水半潜平台的垂向弯矩数值越大,其耐波能力则较小。     

一种适用于陡波条件下研究半潜平台周围波浪非线性爬升效应的计算方法

陡波条件下波浪沿柱体的非线性爬升效应一直是水动力学研究的热点问题,并成为半潜平台气隙预报的一个重要方面.文章基于N-S方程和连续性方程建立了三维数值波浪水槽,采用类似于深水试验池的摇板造波方式生成波浪.详细研究了多种网格划分形式,并与试验测量值进行对比,确定了最优的网格划分方案,同时保证了数值方法的可行性.随后,在该数值水槽内对半潜平台周围波浪爬升效应进行了数值模拟.整个流域采用分块耦合网格划分技术,全部生成六面体结构化网格,提高了迭代运算的速度和求解的精度,并可捕捉到更为光顺的自由液面.结果表明,该方法能够对平台周围的波面分布进行详细的数值模拟,并预报出波浪非线性较强的区域,为模型试验前确定浪高仪的安装位置提供了重要依据.计算得到的波面分布和模型试验相似,进一步证明了该数值方法模拟波浪绕射和爬升等现象是可行的.此外,文中还从物理现象上模拟并分析了波浪沿立柱的绕射和爬升过程,可为今后进一步研究波物之间的非线性相互作用提供参考.     

船底座礁实验数值模拟中选择参数影响研究

非线性有限元方法是分析船舶碰撞和搁浅问题的一个强有力工具,但是数值模拟结果的可靠性很大程度上依赖于对工程问题的恰当处理和有限元软件中主要参数的准确控制.本文以某单壳船底结构准静态座礁实验结果为例,用非线性有限元软件LS-DYNA进行数值模拟,研究了下列选择参数对单壳船底结构抗撞性的影响:边界条件;船底结构的材料模型;壳单元类型;船底结构与礁石模型之间的摩擦系数;船底结构的残余应力.通过比较计算结果的碰撞力曲线,能量吸收曲线来评价这些参数对数值模拟的影响并给出了一些建议.     

二阶全非线性Boussinesq方程的二维数值模拟研究

在非交错网格下采用有限差分法首次对一组非线性精确至()Ομ2阶的全非线性Boussinesq方程数学模型进行了二维数值模拟分析。首先通过在方程的非线性项中引入缓坡假定,考察了其对模型数值精度的影响;其次,在模型中对二阶非线性项采用不同精度,考察了其对模型数值结果的影响。数值模拟结果表明,所建立的二阶完全非线性Boussinesq方程二维数值模型具有良好的适用性,模型非线性项中引入缓坡假定以及在二阶非线性项选用不同的精度对数值模拟结果影响不明显。