基于Boussinesq方程的波浪分层数值模拟方法

对波浪进行精确的数值模拟一直是人们所关注的，采用在Boussinesq方程的基础上将垂向流速断面进行分层，在每一层中对流速断面进行积分，求得各层平均流速，用此平均流速来代替每一层的流速，并在各层间加上界面边界条件，以求出流速和自由表面位移，这样可以得出精确的波浪数学模型。本文例举了规则波经过淹没潜堤时的传播变形实验，验证了二层Boussinesq模型在实际运用中的精确性。     

基于Boussinesq方程的数值波浪水池

基于水深积分的非线性Boussinesq方程,采用高精度差分格式,开发了一个具有前后处理、可视化的模拟浅水波浪的通用数学模型系统NWB-BOUS。通过对一典型算例进行验算,表明该系统对波浪在港湾结构物附近的折射、绕射、反射及非线性浅化等多种现象都能进行很好的模拟。     

Boussinesq方程数学模型的域内造波源函数研究

研究Boussinesq方程模型的域内造波源函数,理论推导该数学模型的源函数,证明其中的波速应使用能量速度,即群速度。域内生成正弦波和椭圆余弦波的数值试验结果证实了该结论。     

基于改进型Boussinesq方程的二维波浪数值模型

基于改进型Boussinesq方程，在非交错网格下，建立了二维波浪数值模型。模型计算采用了有限差分法，时间格式上采用混合四阶Adams—Bashforth—Mouhon，空间格式上采用了Wei等（1995）给出的格式。数值计算中。采用了内部造渡技术。数值模拟针对3纽经典浅滩地形上波浪传播变形的实验进行，数值计算结果与实验结果吻合较好。验证了数值模型，该模型可期望用于实际港口渡浪预报。     

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。     

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。     

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。     

双层Boussinesq模型非线性波浪模拟研究

高精度模拟波浪在潜堤上的传播演变过程,要求数学模型具有优良的色散性、变浅性和非线性.为了考察双层Boussinesq方程模型模拟强非线性问题的精度,针对1:4潜堤上非线性较强的非破碎波传播变形开展了数值模拟研究,并设计了物理模型试验,确定了强非线性工况.数值模型求解利用预报-校正的有限差分法,时间差分格式采用混合4阶A...     

多孔介质中波浪传播的高阶Boussinesq方程*

准确模拟波浪在多孔介质中传播变形对于研究抛石防波堤等结构的消能作用是十分必要的。对Laplace方程、自由表面处的运动学方程和动力学方程以及海底运动学方程进行无因次化,且以自由表面处速度势为切点,进行幂级展开,最终给出4个不同的高阶Boussinesq水波方程。在常水深下对这些方程的一维问题进行了理论研究,并将无因次相速度和无因次虚波数与解析解结果进行对比,方程的相速度与解析解吻合程度较好,虚波数与解析解基本吻合,表明高阶Boussinesq方程可用于模拟波浪在多孔介质中的传播变形。     

自适应网格下的近岸波浪缓坡方程数值模型

在近岸变水深缓坡海域,充分考虑到波浪传播过程中的折射、绕射、反射以及波浪破碎等效应,采用引入破碎项的椭圆型缓坡方程,基于自适应四叉树网格建立了近岸波浪缓坡方程的数值模型,数值模型采用有限体积法求解。该网格可根据计算节点处波长与网格尺寸间的关系自动判定是否进行网格加密划分,使之适应椭圆型缓坡方程每个波长范围内至少布置8个计算节点的特征,提高计算精度的同时又能提高计算效率。采用已有的物理模型试验和实测资料对数值模型进行了验证。结果表明,该模型可以有效地模拟近岸变水深缓坡海域波浪传播。     

Boussinesq方程波浪数学模型计算马来西亚科美纳河河口的波浪场

Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程波浪数学模型计算马来西亚科美纳河河口单堤整治方案的波浪场,为分析整治建筑物对河口地区水动力条件的影响提供依据。     

基于Boussinesq模型的刚性植被水域波浪传播特性数值分析

通过在Boussinesq水波模型中引入拖曳应力项来考虑植被对波浪的衰减作用,建立了波浪在近岸刚性植被水域传播运动的数值模型。在对模型进行验证的基础上,模拟分析了植被特征参数与入射波要素对波浪传播运动的影响。数值模拟结果表明,波浪在近岸植被区传播时,随着植被密度和植被淹没高度的增加,波浪传播中波高衰减率增大、波能损耗率增大;随着入射波高的增加,波浪传播中波高衰减率增大、波能损耗率增大。     

Crack detection using a frequency response function in offshore platforms

Structural cracks can change the frequency response function (FRF) of an offshore platform. Thus, FRF shifts can be used to detect cracks. When a crack at a specific location and magnitude occurs in an offshore structure, changes in the FRF can be measured. In this way, shifts in FRF can be used to detect cracks. An experimental model was constructed to verify the FRF method. The relationship between FRF and cracks was found to be non-linear. The effect of multiple cracks on FRF was analyzed, and the shift due to multiple cracks was found to be much more than the summation of FRF shifts due to each of the cracks. Then the effects of noise and changes in the mass of the jacket on FRF were evaluated. The results show that significant damage to a beam can be detected by dramatic changes in the FRF, even when 10% random noise exists. FRF can also be used to approximately locate the breakage, but it can neither be efficiently used to predict the location of breakage nor the existence of small hairline cracks. The FRF shift caused by a 7% mass change is much less than the FRF shift caused by the breakage of any beam, but is larger than that caused by any early cracks.     

近地空中气云爆炸波遇地面反射的研究

  目的  为了研究多舱室空间内气云爆炸后爆轰产物的运动规律,  方法  采用五阶WENO有限差分格式,通过耦合求解爆轰产物质量分数输运方程与可压缩欧拉方程,自主编写多舱室内气云爆炸过程二维数值计算程序。利用平面激波绕射矩形台阶试验验证本文数值程序的可靠性与正确性。采用验证的程序开展不同爆炸工况气云爆炸过程数值计算,探讨多舱室内爆炸过程中泄压、后燃烧能量加入对爆轰产物运动过程的影响规律。  结果  结果表明：增大泄压口尺寸,可加剧爆轰产物泄出过程;增大反应速率常数,可加速爆轰产物向相邻舱室的扩张过程。  结论  研究成果可为进一步考虑多组分复杂燃烧效应后爆轰产物扩张过程及毁伤评估提供一定的参考和指导。     

A B-spline Galerkin scheme for calculating the hydroelastic response of a very large floating structure in waves

This paper presents an effective scheme for computing the wave-induced hydroelastic response of a very large floating structure, and a validation of its usefulness. The calculation scheme developed is based on the pressure-distribution method of expressing the disturbance caused by a structure, and on the mode-expansion method for hydroelastic deflection with the superposition of orthogonal mode functions. The scheme uses bi-cubic B-spline functions to represent unknown pressures, and the Galerkin method to satisfy the body boundary conditions. Various numerical checks confirm that the computed results are extremely accurate, require relatively little computational time, and contain few unknowns, even in the region of very short wavelengths. Measurements of the vertical deflections in both head and oblique waves of relatively long wavelength are in good agreement with the computed results. Numerical examples using shorter wavelengths reveal that the hydroelastic deflection does not necessarily become negligible as the wavelength of incident waves decreases. The effects of finite water depth and incident wave angle are also discussed.     

澳门某工程取水口水上基坑设计

由于水上基坑处于水陆交界处或直接位于水域中,工程面临波浪、潮流等作用,其设计方法与陆上基坑有较大差异。以澳门某工程取水口基坑围护工程为例,通过弹性地基梁计算方法和数值模拟计算方法,分别分析了在无动水条件和水流波浪动水条件下围护结构的变形和受力特性,并分析了围护桩刚度和坑底加固参数的敏感性。结果表明:基坑临水侧采用刚度较大的围护桩以及坑底加固可以显著减少水上基坑变形,保证基坑的稳定性。研究可以为类似水上基坑工程设计提供思路和方法。     

小水线面双体船耐波性能CFD不确定度分析

  目的  为了提高航海模拟器中小水线面双体船（SWATH）的模拟精度,更好地掌握此类船舶的操纵特性,  方法  根据SWATH船型的运动特点,在MMG三自由度模型的基础上,较为完整地计入耦合的纵荡、横荡、艏摇、横摇及纵摇运动,建立SWATH的五自由度运动数学模型。基于此应用模型建立SWATH的实船数学模型,对该数学模型进行微分求解,仿真模拟SWATH的旋回运动、Z形运动,并进行定性分析。  结果  分析显示：仿真模拟结果符合SWATH操纵运动原理及实际运动特征,验证了数学模型的准确性。  结论  该模型可真实反映实船的运动规律,可应用于航海模拟器中。