基于OpenFOAM的弧形防浪墙受力特性的数值模拟研究*

弧形防浪墙具有优良的返浪效果，工程应用较多。本文以弧形防浪墙为例，基于OpenFOAM开源程序，应用雷诺平均Navier-Stokes方程描述流体运动，建立了波浪与结构物作用的二维数值模型。通过试验验证所建立的数值模型，探讨不同形式弧形防浪墙所受波浪压强分布特点的异同、弧形防浪墙圆弧半径对所受波浪力的影响。结果表明：在不同波浪要素条件下，弧形防浪墙迎浪面所受波浪压强随测点高程的增大而减小，同一测点上所受波浪压强随弧形防浪墙圆弧半径的增大而减小。防浪墙迎浪面受到的波浪力随着波高的增大而增大，随波长的增大先增大、再减小、再增大，且在波长最大时波浪力达到最大值。在相同波长下，波浪力随圆弧半径增大而减小。     

不同海况下波浪驱动无人船的振荡响应分析

波浪作为无人水面船（Unmanned Surface Vessel,USV）的动力来源之一,波浪水翼的动能捕获能力与船体随波浪的振荡响应能力息息相关,为此展开了不同海况下波浪的长度、波浪的振幅、前后水翼的流场扰动对USV的振荡响应影响研究。首先建立Stokes五阶波的数值模型,与理论值对比验证后,将USV的多体动力学模型导入CFD软件进行模拟,绘制船体及翼板的响应曲线,随后设计海上实验平台进行验证,并与仿真结果进行对比。结果表明：波长与船长的比例决定了船体的响应频率,且在船长为波长的2/3时频率同步性最佳;波高则影响了船体的振幅,随波高的增加,船体及翼板的振荡角度同步增加,最高可达135.34%。     

台风"莎莉嘉"过境期间某泻湖内波浪特征分析

通过在某岛礁泻湖内布置ADCP波流测量仪器,采集到2016年21号台风"莎莉嘉"期间的波浪数据.结合布置在泻湖口处风速仪的风实测数据,本文对该时间段内的波浪特征进行分析.由波浪统计数据分析发现有义波高随时间的变化趋势与风速的变化趋势高度重合;谱峰周期的变化则要晚于风速的变化;谱峰方向在台风起主导作用期间与风向高度一致.通过分析多个无因次参数以及对风浪和涌浪进行分离发现测点与台风中心距离开始变大的这个时间点有着重要的意义.在该时间点,波长开始变长,波浪由无限水深波浪转变为有限水深波浪.一些波浪特征值,比如谱峰周期、a/L,也发生比较大的变化.此后在七级风半径不再覆盖测点时,该处波浪由风浪转变为涌浪.对波浪谱进行分析发现,在台风主导期间,其谱为单峰谱,其余时间则为双峰谱.     

海上浮式结构物的水动力仿真研究

基于粘性计算流体力学的方法建立三维数值波浪水池,模拟有限振幅波的传播,并计算三维球体在规则波环境下所受的波浪力。采用两相不可压的RANS方程求解非定常不可压缩粘性流体,并采用流体体积函数(VOF)法对自由面进行动态模拟。通过编写用户自定义函数(UDF)设置边界入口速度和波高,实现在波浪水池尾部1~2倍波长区域消波,最终求出有限振幅波的模拟结果以及规则波中三维球体所受的波浪力,该结果与势流理论边界元法得到的结果在趋势上吻合良好。该研究方法为模拟分析其他海洋结构物在波浪中的水动力奠定基础,丰富与扩展了数值波浪水池的应用。     

多向不规则波对两排四墩柱串列群墩结构作用的模拟研究

实际海洋中真实的波浪是多向不规则波,两排四墩柱串列群墩结构是工程中常用的结构形式之一。通过数值计算研究了在多向不规则波浪作用下,8根大尺度墩柱(墩柱直径D与波浪波长λ之比Dλ≥0. 15)以双排四墩串列形式布置时,墩柱上的波浪爬高、墩柱所受波浪力及群墩系数的变化规律。结果表明波浪方向分布对墩柱上的波浪爬高和墩柱所受波浪力都有影响。与相同波浪条件下单排串列墩柱相比,双排结构中墩柱所受正向力减小,横向力增大。群墩结构柱间距影响复杂,当墩柱中心距离与墩柱直径之比达到10时,群墩影响较小,可忽略。     

近海结构任意倾斜桩腿的非线性波浪载荷计算

用Stokes非线性波浪理论计算速度与加速度,采用Morison公式求得任意倾斜柱体的波浪载荷,讨论了如何求小参数与波长、杆件的浸水长度等问题,编写的程序可以按照足够小的时间间隔t=2π/40计算出任意时刻构件或整体结构的波浪载荷,进而求得结构的最大波浪载荷可用于结构设计。     

不同圆弧半径直立堤胸墙波浪力的试验与分析*

为比较直立堤胸墙圆弧半径对其所受波浪力的影响,设计半径分别为45、67、98 cm共3种弧形胸墙以及直立式胸墙进行相关物理模型试验。通过将胸墙迎浪面不同测点波浪压力进行积分获得波浪总力,讨论相对波高、相对波长和圆弧半径对胸墙波浪力的影响。研究结果表明,胸墙波浪力随着相对波高的增大而增大,随着相对波长的增大呈现先增大-后减小-再增大的变化趋势。相同波浪要素条件下,弧形胸墙波浪力较直立式大;在3种弧形胸墙中,波浪力随圆弧半径的增大而减小,半径为45 cm的弧形墙受力最大。     

Boussinesq方程波浪数学模型的应用

<正>1 前言 波浪运动相当复杂,波浪受地形和水工建筑物的影响,产生浅水变形、折射、绕射、反射等现象,准确模拟有相当的难度,因而波浪数学模型是水动力数学模型中难度较大的数学模型. 波浪数学模型的研究开始于60年代,法国的Biesel最早提出采用积分方程的波浪数学模型,70年代,荷兰的Berkhoff提出了缓坡方程波浪数学模型,丹麦的Abbott提出了Boussinesq方程波浪数学模型,缓坡方程和Boussinesq方程的提出,是波浪数学模型的发展的重要里程碑.80年代以来,欧美和日本学者在缓坡方程和Boussinesq方程的基础上,对波浪数学模型进行完善和发展,将这些模型用于研究不规则波的传播,并考虑波浪的非线性影响、底摩损耗以及波浪与水流的相互作用等,波浪数学模型作为波浪运动研究的新方法与水工物理模型相互补充成为海岸工程波浪问题研究的有力工具. 我们对波浪数学模型的研究分两个阶段进行,1996～1997年初为研究的第一阶段,该阶段参考丹麦水工所Abbott、Mc Cowan和Madsen等人1990年前的所有公开发表的论文,全面了解经典波浪数学模型的发展过程.对经典波浪数学模型的基本原理、高精度差分方法和消波边界处理等问题有了深入的认识.1997年初完成了经典波浪数学模型的建立与     

50m围网渔船波浪增阻数值模拟

采用STAR-CCM软件,以一条50m围网渔船船模为研究对象,分别计算研究了其约束运动模型在静水及迎浪情况下的阻力及相关性能。通过船模试验验证了STAR-CCM对渔船在静水运动中数值模拟的有效性。对渔船船模约束模型在不同波高和波长的波浪中阻力进行了计算和比较,研究了在考虑纵倾和升沉的情况下船舶波浪中阻力计算结果的差异,并讨论了波高和波长的变化对船舶波浪中总阻力计算结果的影响。     

规则波作用下珊瑚礁直立式护岸波浪力大比尺模型实验研究

基于大比尺波浪水槽试验,采用弗劳德相似准则,按照1:15的模型比尺,开展了规则波作用下珊瑚礁地形上的波浪和直立式护岸的相互作用的研究,在不同水深和波浪条件下,测量了直立式护岸所受压强,并与规范值进行对比。实验结果表明实验测量值明显大于规范计算值;直立式护岸所受压强值与入射波波高和礁坪水深正相关,随护岸距礁缘距离增大而减小。通过将时均水深、增水、护岸距礁缘的距离无量纲化跟无量纲压强进行分析,得出结果表明当礁坪上水深足够深、护岸距礁缘距离小于0.5倍的波长的时候,所受压强只和入射波高有关;而波浪在礁坪上的增水越高,直立式护岸所受到的压强越大。因此综合考虑了周期、礁坪水深、增水和距离,拟合出基于该实验中筑堤珊瑚礁地形的直立式护岸波浪力估算公式,拟合公式计算精度高于现有规范公式。     

基于谱的海浪模拟与谱估计

针对掠海飞行器系统仿真的需要,研究了海浪仿真方法。选取P—M谱作为海浪谱,通过海况确定波谱参数,在波谱仿真带宽内采用频率等分法对其进行分割,根据Longuest—Higgins海浪模拟模型进行仿真,得出了海浪时域波形。并采用Welch法进行波谱估计,从波谱能量度量,仿真精确度达到了99．22％。     

数值波浪水槽中的被动式消波

采用边界元方法,建立一种非线性数值波浪水槽,借助吸收海岸和被动吸收式推板消波的方法,处理波浪模拟中的消波,检验水槽内不同频率的波浪吸收效果,并长时间模拟服从JONSWAP谱的不规则波;结果表明,这种消波方法可以满足长时间计算需要,可为工程研究奠定基础。     

三维数值波浪水池造波技术研究

数值波浪水池是一种新兴的研究平台,相对于物理实验具有经济花费少、结果数据详细等优势.采用FLUENT软件建立三维粘性数值波浪水池,运用二次开发接口UDF(Universal Disc Format)模拟造波机的工作方式,实现摇板造波和在动量方程中添加源项实现消波区的消波.数值水池运用流体体积函数(Volume of Fluid,VOF)模型捕捉自由面,湍流模型为RNG雷诺时均模型.输入波列为同一波长、多个波高的简谐波波浪序列,将序列中的计算结果与理论值对比,验证数值波浪水池的造波能力.     

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。     

双体船兴波阻力数值计算及兴波干扰研究

本文基于Noblesse新细长船理论,编制了Matlab兴波阻力数值计算程序。对双体Wigley船型进行了计算,并将船模阻力实验值与计算结果对比,验证程序的可靠性。同时,计算了一艘实际双体船,给出了该船在设计航速下出现有利干扰的片体间距范围,为该船的设计提供一定的理论依据。     

圆形墩柱上的波浪水平力和浮托力计算

文章用简捷的方法导出作用在单个圆形墩柱上的最大水平波浪力及其相位和最大波浪浮托力及其相位的计算公式,建议对《海港水文规范》中的有关公式进行修改完善。     

斜向波作用于直立堤上的单位堤长波浪力

试验研究了斜向波作用于直立堤上的单位堤长波浪力，着重分析了波浪方向、波陡和波浪不规则性对单位堤长波力(包括浮托力)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...     

完全非线性波的数值模拟

本文利用MAC差分格式，对欧拉动学方程进行离散求解，利用VOF法处理自由表面的演变。数值计算主要针对矩形围域内驻波随时间的变化，给出了不同时刻的自由表面波形图。计算结果同通常势流理论的线性解作了对比，发现本法可以用于揭示自由波面运动的非线性特征，且可以作为研究完全非线性波的一种方法。     

波浪补偿起艇绞车

波浪补偿起艇绞车在国内技术领域属于空白,该文对这种绞车的组成、关键技术,工作原理和使用条件等方面作了介绍,这对起艇绞车行业的工程技术人员将会有一定的借鉴作用．