低频波浪在单突堤附近的传播变形研究

文中采用Boussinesq数值波浪模型,模拟了低频波浪—碎波拍在港口单突堤处的传播变形。通过与理论解的对比研究验证了数值模型的正确性和可靠性,同时将碎波拍与短波进行对比研究,结果表明,低频波浪在单突堤后的绕射系数大于短波的情况,而在堤前的反射系数的最小值和部分位置处的极大值高于短波情况。     

波流相互作用中潜堤上低频波浪数值模拟

波流相互作用的研究具有重大的工程意义。文中采用完全非线性Boussinesq模型,模拟了低频波浪在潜堤上演化的整个过程,并对低频波浪进行分离,观察了不同水流作用下自由波和约束波间的能量变换传递,发现不同水流速度对约束长波的影响很小,而对自由长波的影响很大。其中,逆流会缩短拍长,相互作用更快速,而顺流恰好相反;在经过潜堤后,大部分的约束长波会把能量传递给自由长波,逆流会减小自由长波波幅,而顺流会增大自由长波波幅。     

一种波浪增减水的数值研究方法

本文基于Boussinesq方程提出一种计算波浪辐射应力的方法。将模型应用于规则波破碎波浪的物理模型实验,从均方根波高、波浪辐射应力以及波浪增减水三个方面对比模拟结果与实验结果,验证模型的可靠性和实用性。     

航道水深对波浪传播影响的数值模拟研究

利用CGWAVE波浪数值模型探讨波浪入射角度不同时航道水深对波浪传播的影响,得出航道与两侧岸滩不同水深比条件下的波浪临界入射角。通过与物理模型试验的对比验证该数值模型的可信度,并将其应用于曹妃甸中心渔港一期工程项目中,本研究的相关成果可用于指导航道工程设计和建设。     

波浪对潮流影响的数值模拟及其应用

文章将水动力因素分为潮流特征周期与波浪特征周期两部分,建立了考虑波浪影响的潮流方程。通过考虑波浪引起的辐射应力、表面和底部边界层、Stokes漂流以及Coriolis波浪应力等因素,利用数值方法分析了波浪对潮流场的影响,并将其应用到渤海区域中,分析渤海内波浪对于潮流的影响。     

不规则波浪在陡坡上非线性传播变形的试验研究

通过试验研究了不规则波浪在一陡坡(1:10)上的传播过程中的非线性特征。为达到研究目的,在试验水槽中以JONSWAP谱为靶谱生成了两组随机波浪。试验结果显示,在坡前常水深区域和坡顶,两种波况下波高分布均符合瑞利分布;但是在变浅区域两种波况的波高分布却不尽相同。应用基于小波变换的二阶相位谱来分析波浪在传播过程中的非线性相位耦合特征,结果表明：随着水深的变浅,波浪的非线性逐渐增强并且参与非线性相互耦合的频率成份也越来越多。通过二阶相位谱发现：随着水深的减小,参与最强的非线性相位耦合频率向高频处移动。另外通过傅立叶频谱、二阶谱以及二阶频谱共同分析陡坡上两组波况下低频波浪的演化情况。     

低频波浪分离方法研究

为了更好的研究低频波浪,从总的波浪中分离出各种不同成分的低频波浪具有重要的意义。文中归纳了低频波浪分离的研究进展,主要介绍了三种方法:阵列法、共置法以及二阶谱分析法,并分析了各自的适用性和局限性,其中阵列法是进一步研究的重点。在此基础上,对今后的研究前景进行了展望,可以考虑用小波分析代替傅立叶分析应用于低频波浪的分离。     

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。     

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。     

大范围波浪传播数学模型

南黄海辐射沙脊群海域范围广阔、海底地形变化剧烈。在传统缓坡方程基础上建立的波浪传播数学模型难以计算该海域的波浪场。为了解决此问题,文章在洪广文推导的缓坡方程推广形式的基础上,改进了数值计算方法,建立了大范围波浪传播数学模型。运用波数矢无旋性方程,将缓坡方程转化为波作用守恒方程和光程函数方程,从而消除了波长对计算步长的限制。运用硬盘同步记录法,把求解时所需要的内存用量转化为硬盘用量,从而可以运用高分辨率网格计算大范围海域。在南黄海辐射沙脊群的应用表明,该模型适用于大范围、复杂水下地形的波浪场计算。     

波浪中气泡运动的数值模拟

通过推板造波方法,应用FLUENT动网格技术(Dynamic Mesh)及UDF(User-defined function)建立数值波浪,从而构建数值水槽。对建立的数值波浪与气泡运动方程耦合求解,分析气泡在波浪中的变形与运动。结果表明,波浪中气泡相对静水中更容易保持稳定的球形,且不易发生聚合。这将为舰船尾流中气泡运动研究提供有价值的参考。     

基于WRF-SWAN模式的韦帕台风波浪场模拟

为获取更为准确的台风过程波浪模拟结果,将中尺度大气模式WRFD海面以上10 m处风速资料作为驱动风场提供给第三代海浪模式SWAN进行波浪计算,模拟了0713号"韦帕"台风的波浪场过程。模拟和实测资料比较结果表明WRF模式能较好地模拟韦帕台风过程,给SWAN模型提供高精度风场资料,WRF-SWAN模式能够较好模拟韦帕台风过程中海浪的演化和传播。     

内孤立波作用下水下潜器的载荷特性数值分析

为了研究海洋内孤立波作用下潜器的载荷特性,以RANS方程为控制方程,依据Kdv,eKdv和mKdv三类内孤立波理论计算速度入口,建立两层流体中内孤立波与水下潜器相互作用的数值模拟方法,计算分析内孤立波作用下潜器的水平力、垂向力和力矩的变化规律.结果表明,数值模拟得到的内孤立波波形及振幅与其对应理论解和文献中实验结果吻合良好.潜器的受力变化规律与内孤立波波幅、上下层水深比和潜器潜深有关.     

水平力作用下底梁式全直桩码头单横向排架数值分析

考虑桩土相互作用,通过数值分析方法,对比分析3种不同方案码头结构的桩位移、弯矩变化以及剪力分配系数,研究底梁式全直桩高桩码头在水平力作用下的单横向排架受力变形机理.结果表明,底梁式全直桩码头能较好地抵抗水平力的作用,可供同类工程设计参考.     

“98·04”寒潮影响下的渤海风浪场数值模拟

基于第3代数值海浪模型SWAN,采用自嵌套的方法提供谱型边界,对渤海"98.04"寒潮大风引起的风浪过程进行了数值模拟研究。将数值模拟结果与T/P卫星高度计观测资料和近岸浮标实测资料(波高和波向)进行了较为详细的比较,并分析了风浪要素的时空分布。结果显示风浪要素的模拟值与实测值吻合良好,表明SWAN模型能较好地再现渤海寒潮期间风浪的时空分布。     

Numerical simulation of three-dimensional breaking waves

Three-dimensional (3D) wave breaking around bodies of complex geometry has been numerically investigated by use of two types of Navier-Stokes solvers, namely the finite-difference and the finite-volume methods employing rectangular and curvilinear coordinate systems, respectively. Both methods employ the density-function technique to capture the free surface location and can cope with complicated free surface configurations such as breaking waves. The accuracy of the density-function method is examined through the comparison with experimental results, and it is confirmed to be satisfactory when the grid spacing and the time increment are sufficiently small. New computational methods are applied to several problems including 3D breaking waves around ships and wave diffraction around offshore structures. The computed results show good agreement with experimental results indicating that wave breaking phenomena are successfully simulated. The qualitative accuracy, however, could be improved by including the dissipating effect of breaking waves.     

Mathematical simulation of steep waves at a focus point

Mathematical models simulating steep waves at a focus point are presented in this paper. Simulations of extreme waves in a model basin were used to determine the loads on floating structures induced by the waves. Based on a new wave theory, numerical test results show that the simulation procedure is effective and the induced motion of water particles in the front of waves is an important factor influencing impact loads on floating bodies.     

顶浪、斜浪中复合材料双体艇艇体结构耦合响应数值分析

采用流固耦合（Fluid-Structure Interaction,FSI）的艇体波浪载荷和结构响应的数值分析方法,对顶浪、斜浪中复合材料双体艇结构的动态响应进行研究。分别建立了完整的复合材料艇体有限元模型以及流场模型,基于数值水池造波技术,通过计算获得了顶浪、斜浪中复合材料艇体结构的时域动态响应结果,选取高应力梯度区域,通过网格加密重构同时获得了复合材料的层间应力。选取具有代表性的前10大等效应力与内外面板最值主应力,在将 FSI与传统基于经验公式的有限元法（Finite Element Method,FEM）的结果对比中发现,FSI中拱、中垂的计算结果更接近于 FEM弯扭组合工况,而采用《钢制双体船直接计算指南》计算复合材料双体艇时,所用经验公式的顶浪航行波浪载荷计算值偏小。     

Numerical simulation of 2D and 3D sloshing waves in a regularly and randomly excited container

In this paper,various aspects of the 2D and 3D nonlinear liquid sloshing problems in vertically excited containers have been studied numerically along with the help of a modified-transformation.Based on this new numerical algorithm,a numerical study on a regularly and randomly excited container in vertical direction was conducted utilizing four different cases： The first case was performed utilizing a 2D container with regular excitations.The next case examined a regularly excited 3D container with two different initial conditions for the liquid free surface,and finally,3D container with random excitation in the vertical direction.A grid independence study was performed along with a series of validation tests.An iteration error estimation method was used to stop the iterative solver（used for solving the discretized governing equations in the computational domain） upon reaching steady state of results at each time step.In the present case,this method was found to produce quite accurate results and to be more time efficient as compared to other conventional stopping procedures for iterative solvers.The results were validated with benchmark results.The wave elevation time history,phase plane diagram and surface plots represent the wave nonlinearity during its motion.     

半潜平台内孤立波载荷特性数值模拟

以三类内孤立波理论KdV、e KdV和MCC的适用性条件为依据,采用Navier-Stokes方程为流场控制方程,将内孤立波诱导上下层深度平均水平速度作为入口边界条件,建立了两层流体中内孤立波对半潜平台强非线性作用的数值模拟方法。结果表明,数值模拟所得内孤立波波形及其振幅与相应理论和实验结果一致,并且在内孤立波作用下半潜平台水平力、垂向力及其力矩数值模拟结果与实验结果吻合。研究同时表明,半潜平台内孤立波载荷由波浪压差力、粘性压差力和摩擦力构成,其中摩擦力很小,可以忽略;水平力的主要成分为波浪压差力和粘性压差力,粘性压差力与波浪压差力相比较小却不可忽略,流体粘性的影响较小;垂向力中粘性压差力很小,流体粘性影响可以忽略。此外,半潜平台对内孤立波的波形及其诱导流场的影响很小,因此采用Morison和傅汝德—克雷洛夫力公式计算其内孤立波载荷是可行的。