渗透海床上波浪传播特性的研究

波浪在渗透海床上传播时会发生波高的衰减.基于Dean和Dalrymple(1984年)提出的渗透海床上波浪传播的理论模型,推导了波浪运动的速度势表达式和色散关系,并采用迭代方法,提出了一种求解色散方程的简单高效的数值算法,从而求得波浪的空间衰减系数(即复波数虚部).在此基础之上,研究了不同渗透系数和不同水深条件下波高的衰减规律,结果表明,波浪在传播过程中波高按指数衰减,衰减速率随渗透系数的增大和相对水深的减小而增大,但由于波浪的空间衰减系数较小,波浪的衰减也较为缓慢,通常情况下,只有当波浪长距离传播时,海床渗透导致的波高衰减才较为显著.     

浮体浅水波浪载荷数值计算方法研究

[目的]在浅水环境下,对波浪中浮体的响应进行求解时,其主要难点在于对有限水深格林函数及其偏导数的准确求解和快速计算。[方法]为此,利用改进的Gauss-Laguerre积分法,提出一种可精确计算有限水深格林函数及其偏导数的方法,结合循环矩阵原理,给出对称性的处理方法和简化的级数求解公式。并将所提方法与其他商业软件计算结果进行对比分析。[结果]结果表明,所提计算方法精确度较高。[结论]该方法可用于准确评估浅水中的浮体运动和波浪载荷。     

中外航道设计中波浪富裕水深确定方法对比

通过对比国内外航道设计规范中波浪富裕水深的确定方法,系统分析影响波浪富裕水深的主要因素,结合全球波浪要素的分布情况讨论各国方法的适用范围,并通过实例计算对波浪要素的影响进行对比分析。结果表明,各国规范大多以波高、船浪夹角、波周期为自变量来确定波浪富裕水深,波浪富裕水深与波高成正比,最不利船浪夹角通常是90°或45°左右,波浪富裕水深通常会随波浪周期的增大而增大,当船舶固有周期接近遭遇波浪周期时有极大值。     

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。     

复杂地形下平台水弹性响应研究

在以往的研究中,波浪对浮体的水动力响应作用大多采用有限均匀水深或无限水深情况进行计算,考虑实际复杂地形对浮体性能影响的研究较少,但事实上地形的变化对浮体影响不可忽略,尤其岛礁附近区域珊瑚礁地形复杂,需要考虑地形对波浪场的影响。文章先从简单情况入手,入射波浪采用有限水深均匀入射波,使用有限水深格林函数求解源强,但加入了地形对浮体波浪绕射和辐射的影响。基于这些假定,验证了该方法计算结果的准确性,进而对某浮式平台在复杂地形下的水动力进行计算,并与均匀有限水深的结果进行比较,两者总体趋势吻合。结果表明,地形的存在对低频区运动响应影响较大,相比均匀水深波动较大。该文可以为浮体在实际地形下水动力响应计算研究工作的开展提供一个参考。     

波浪爬高的PSPH方法数值模拟研究

通过Poisson方程迭代求解压力场的SPH方法,建立了模拟水波动力学问题的数值模型,将亚格子湍流模式加入方程中,更加精确地描述了波浪破碎时的湍流特性。针对SPH方法中粒子靠近边界处由于粒子缺失导致核函数的截断而引起计算误差,将核函数梯度修正引入了数值计算模型中。同时提出一种新的边界压力计算方法,改善了边界压力计算的精度。对孤立波及椭余波在斜坡上的爬坡破碎过程进行了数值模拟,数值结果与实验结果吻合较好。表明该方法在对复杂水波动力问题的数值模拟上是行之有效的。     

船舶在波浪中航行时绕射问题的线性时域解

本文研究了水面船舶(物体)在波浪中航行时的绕射问题,求得了有航速船舶绕射问题线性时域解的理论模型.提出了计算波浪绕射力的公式.对于细长形的船舶.作者给出了计算波浪扰动力的公式,使得在时域中有航速船舶波浪扰动力的计算,可以用辐射势和入射波势来表示,而不须求解绕射势.利用本文所提出的波浪扰动力公式.在求解波浪扰动力时,对于任意多的入射波频率,只要解算积分方程一从而大大节省了计算工作量。本文还证明了在波浪中航行的一般三维物体,如果在自由面条件简化时,假设定常兴波势为有限量价,则在波浪绕射力公式中,不存在水线积分项。从数学上证明了水线积分项在物理上反映了自由面条件中定常兴波势和不定常势之间的耦合效应。在算例中,运用本文导出的波浪扰动力公式对 Wigley 船型进行了波浪扰动力的求解,与试验结果和现有理论方法的数值结果进行了比较,吻合良好.本文还对各种参数的影响进行了讨论,对计算结果所反映的物理现象作了分析。     

有限深水波的波长计算

本文为水池的耐波性试验和海洋工程的耐波性设计提出一个简单有效的波长计算方法——水深修正因子χ和ψ曲线。同时还由电子计算机给出了各种水深和各种周期的波长波速表。     

涌浪条件下斜坡式防波堤越浪量的对比分析

海外港口工程大部分位于以涌浪为主的海域,涌浪对防波堤的作用未得到全面认识。越浪量一直是斜坡堤设计中需要重点考虑的问题,其直接关系到结构的安全和使用。以某一具体港口防波堤工程为例,对其防波堤进行了波浪断面和局部整体试验,研究涌浪作用下斜坡堤(单坡、无挡浪墙)的平均越浪量,并与计算结果进行对比分析。研究结果表明:1)断面试验和局部整体试验结果表明斜坡堤越浪量随着波浪周期的增大而增大,而国内规范公式计算结果随着波浪周期的增大而减小。2) EurOtop公式越浪量计算结果不考虑波浪周期的影响; ANN(人工神经网络)方法越浪量计算结果也随着波浪周期的增大而增大。3)总体上,ANN方法越浪量计算结果与物理模型试验结果的吻合程度均明显好于国内规范公式和EurOtop公式计算结果。     

中外规范高桩结构波浪浮托力对比

国际工程中,波浪对海港高桩码头结构浮托力的计算至关重要,但各国规范中对波浪浮托力的计算方法不尽相同。国际上普遍较认可欧美等国际标准,或者采用当地标准,为了在国际工程中更好地推广中国规范,往往需要采用多种规范对比分析。根据中国行业规范及手册,结合具体工程实例,对比英国、美国、日本、ISO、国际航运协会标准等常用的国外规范。此外,结合工程常用的几种不同波浪特征周期条件,分析了中等水深和较深水深下,波浪总浮托力与结构底部高出静水面高度与设计波高比值之间的关系;根据不同计算方法,分析不同水深不同周期下波浪浮托力的差异和特点,提出了海外工程的使用建议。