斜坡非淹没刚性植被影响下孤立波爬高的研究

该文通过物理模型实验和数值模拟研究了孤立波与斜坡上非淹没刚性植被的相互作用。物理模型实验在波浪水槽中进行,运用CCD高速相机测量了斜坡上波浪的爬高,分析了入射波波高和植被密度对爬高的影响,结果表明爬高与入射波高的比值近似为常数,其值取决于植被的密度。采用Boussinesq方程成功地模拟了波浪在斜坡上的传播变形及爬高过程:植被的阻水作用通过添加拖曳力项来实现,底床摩擦阻力系数通过模拟孤立波在无植被影响斜坡上的爬高确定,根据实验数据校核数值模型得到不同入射波高下植被的拖曳力系数。研究发现孤立波作用下斜坡上植被的平均拖曳力系数与平底床恒定流的情况并无明显差异。     

波浪作用下浮体自由升沉运动对月池共振影响研究

当波浪激励频率与月池的固有频率耦合时,月池流体会产生大振幅共振行为,引起流体和浮体的剧烈运动,使工程作业存在一定的安全隐患。该文基于开源流体力学计算软件OpenFOAM~?软件包建立了黏性流数值波浪水槽,对波浪作用下,浮体自由升沉运动诱发的月池内流体共振水动力行为进行了研究分析。为验证该数值模型,将其结果与实验数据进行对比,以确保数值计算的准确性。结果表明：在波浪作用下,浮体自由升沉运动诱发的月池内流体共振存在双峰现象,而固定浮体仅存在单峰。自由升沉系统两共振频率对应的月池内波幅响应和浮体运动响应的峰值,均随入射波高的增加而减小,共振频率不随入射波高而变化。同时,考虑结构物吃水的影响,发现该系统共振频率随吃水增加而减小,表明吃水对月池内波响应和浮体运动响应均有显著的影响。     

近岸波浪的Boussinesq型方程模拟及其应用

该文首先对近岸波浪数学模型的研究、发展、应用进行了回顾和总结,对各类波浪数学模型的特点进行了简单分析。基于改进的Boussinesq型方程建立了一个完整的近岸波浪数学模型,通过对方程的拓展,综合考虑了模型的造波、消波、动边界处理、波浪破碎等问题。拓展后的数学模型用P-C（预测-校正）法进行数值求解,计算效率高、稳定性好。采用两个经典地形试验数据对模型进行了的验证,数值结果和实验值吻合较好。最后,利用该模型进行了某渔港港池内波浪条件的数值模拟,给出了不同时刻港池内的波面情况,得到了合理的结果。     

改进的非线性波传播数值模型的验证和应用

基于吸收入射边界上反射波的方法,并通过将统一边界条件表达式推广到适应不规则波的情况,改进了非线性波传播的数值模型.将利用模型的线性版本(略去非线性项)所计算得到的台阶地形上波浪的反射和透射系数与相应的解析解进行了定量比较.在斜坡地形上数值模拟了不规则波的传播,并将数值结果和物理模型实验值进行了比较.在下游边界分别为开边界和全反射边界的等水深的水槽内数值模拟了不规则波的传播变形,讨论了非线性作用的影响.在侧边界和下游边界均为全反射的固壁边界、二维的等水深水域内,数值模拟了波浪斜向入射时所产生的波浪变形.计算结果表明,对上述各种算例,改进后的非线性波传播数值模型均能进行有效地数值模拟.     

2008北京奥运会青岛帆船比赛基地泊稳条件数值模拟

根据2008北京奥运会青岛帆船比赛基地水域总平面布置设计方案，为验证帆船比赛基地港池内的泊稳条件是否满足国际帆船联合会的要求，确定港池防波堤的平面布置设计方案，并结合赛后该区域开发利用的设想，采用数值波浪水池方法，模拟计算了原设计方案和修改方案比赛基地水域的波高分布规律，并根据计算结果提出了分析结论。     

基于SWASH模型的近岸波浪传播变形数值模拟

SWASH模型是一种新型的非静压时域波浪模拟。为了探讨SWASH模型对于解决近岸波浪传播变形问题的适用性,在对其控制方程、边界条件、数值解法等进行介绍的基础上,采用该模型分别模拟了正向规则波、斜向规则波和斜向不规则波入射条件下L形防波堤附近水域的波浪场和波生流场,并与物理试验结果进行对比。结果表明,SWASH模型较好地复演了波浪在近岸区域所发生的浅水变形、折射、破碎,以及堤前反射、堤内绕射等物理现象,波高沿断面的定量分布与试验结果吻合良好,同时较好地模拟了不同波况下防波堤附近水域的波生流场,说明该模型适用于复杂岸线和地形条件下波浪传播变形的数值模拟。     

数值波流水池构造方法研究

该文在FLUENT软件平台下构造了二维数值波流水池.基于不可压缩流体RANS方程建立数学模型,使用VOF方法追踪自由面位置;将水池入口取为波浪与水流相遇并产生相互作用的起始位置,给定入射静水波和水流叠加的边界条件;在水池下游设置消波区,采用动量源项消波方法对波浪进行衰减,消除波浪在水池出口边界处的反射,生成了波浪和水流共存的稳定流场.针对不同水流流速剖面和波浪条件进行了数值模拟,并通过实验数据考核数值水池模型的准确性.对Thomas的实验数据进行数值仿真,得到了不同流速的均匀逆流对波高和波长的影响;针对剪切流,模拟了Kemp等的实验数据,计算不同波幅的波浪在非均匀顺流和逆流中的变形.结果显示,数值结果与实验数据吻合良好,表明了该数值波流水池模型能够较为准确地模拟波浪和定常水流的相互作用.     

三孤立波的斜坡爬高特征

该文采用推板式造波机和改进的Goring造波方法在波浪水槽中生成了由三个等波高孤立波组成的波列,首先在坡度为1/10的斜坡上进行了多个孤立波连续爬高的实验研究。实验测量了等波高双孤立波和三孤立波在等水深波浪水槽中传播和在斜坡上的爬高过程,给出了沿程多点浪高仪测量的波面时间序列和高速摄像记录的水线在斜坡上爬高与回落过程影像。分析了来波相对波高和无量纲波峰间距对每个孤立波爬高放大系数的影响。在基于RANS方程和VOF方法的数值波浪水槽中,模拟了三孤立波爬高过程,给出了最大爬高与破碎特征。实验和数值模拟结果表明,孤立波在斜坡上回落时会产生强劲的回流水流,该反向流动导致后随孤立波破碎,消耗波动能量,使得后随孤立波的爬高放大系数明显小于没有回落水流影响的首个孤立波的爬高放大系数。当孤立的波峰间较大时,若来波相对波高较小,后两个的孤立波爬高基本相同;若来波相对波高较大时,第三个孤立波的爬高大于第二个孤立波的爬高。     

不同波幅条件下内孤立波对柱体作用机制研究

建立三维数值波浪水槽,采用大涡模拟(LES)技术模拟了内孤立波的产生、传播。对比不同波幅的内孤立波对柱体的作用规律。研究表明,以密度跃层为界,上下水层流体质点水平速度反向,进而形成剪切流,所产生的剪切力会对水下结构物带来威胁隐患;柱体所受的水平作用力随内孤立波波幅增大而增大。通过分析柱周水动力特性,提取相关水动力参数的云图及矢量图,深入剖析了柱体在分层环境下的受力机制。     

连续密度跃层中第二模态内孤立波及其波致流场实验研究

该文在大型分层流水槽中开展了连续密度跃层中第二模态内孤立波及其波致流场的实验研究。利用分层流体重力塌陷原理,该文实验模拟了连续密度跃层中“上凸下凹”型的第二模态内孤立波,利用电导率探头阵列和粒子图像测速技术测量第二模态内孤立波及其波致流场,获得了连续密度跃层中充分发展第二模态内孤立波的几何与波-流场非均匀结构,以及波幅变化对第二模态内孤立波的波要素关系和波致流场特征的影响。研究结果表明：连续密度跃层中,第二模态内孤立波波形几何特征表现为上凸下凹的卵形波包状,波形非均匀垂向结构特征表现为波幅和波长随深度的非均匀变化;第二模态内孤立波波包上凸与下凹域分别形成逆时针和顺时针环流,两者组合为一对上下反对称的环流并共同向前传播;第二模态内孤立波波速随波幅的增大而增大,波长则随波幅的增大而减小;水平和垂向流速强度与特征波幅呈正相关关系,且水平流速强度大于垂向流速强度。该文提升了对实际海洋层化条件下第二模态内孤立波及其波致流场的认识。     

波浪对圆柱外接圆弧型防波堤绕射的解析计算

在微幅波绕射理论的基础上,使用特征函数展开法,推导了圆柱外接圆弧型防波堤复合结构的水波绕射的解析解,并据此计算了该结构所受到的波浪载荷以及绕射波面分布。计算结果表明:与单一圆柱相比,外接圆弧型防波堤的存在可明显降低作用于圆柱的波浪载荷和圆柱表面的波浪爬高;采用外接堤表面密实或透空而内圆柱表面透空的结构形式可以取得圆柱防浪的较佳效果;结构透空系数、波浪入射角度、外接堤张角、外堤半径与水深比、水深与波长比等因素的变化对绕射波浪作用均存在一定影响。     

Wave regime in the water area of a port with a single breakwater under the effect of long waves

Conclusions The investigations established that the wave regime in the water area of a port with a single breakwater occurring under the effect of a long wave represents a complex picture of interaction of the incident wave and system of reflected waves.Two characteristic modes of oscillation are ralized in the range of investigated values of parameter kb: longitudinal and transverse uninodal. The effect of nonlinearity increases at higher frequencies. It was established that the harbor resonates at the fundamental frequency when the ratio b/l=1–2 in the range of values kb=0.65–0.9.The character and form of flooding depend on the mode of oscillation realized and they have a maximum size in resonance at the fundamental frequency.Translated from Gidrotekhnicheskoe Stroitel'stvo, No. 7, pp. 10–13, July, 1991.     

洋口港开发建设与江苏“江海联动”战略研究

江苏沿江港口水深不足、布点密集、重复建设、盲目竞争,长期未得到充分开发,江苏沿海地区在很大程度上影响了江苏经济的发展。"江海联动"战略是以提高港口经济的整体竞争力为基点,以提升江苏省综合竞争力为目标,重新审视"整合沿江",高度重视"开发沿海",对于江苏经济社会全面发展,特别是苏中、苏北地区实现跳跃式发展有着重大的现实意义。研究江苏区域经济发展战略,就要使苏中、苏北的发展有突破口,突破口就在港口。洋口港是江苏建港条件最好的深水海港,现在经济论证、技术论证都取得了很多成果,应加快洋口港的开发,以此拉动长江北岸港口的整合,带动江苏沿海经济的开发开放,进而辐射整个长江流域。     

REFLECTION OF OBLIQUE INCIDENT WAVES BY PERFORATED CAISSONS WITH TRAVERSE WALL

The interaction of oblique incident waves with infinite number of perforated caissons is investigated. The fluid domain is divided into infinite sub-domains by the caissons, and eigen-function expansion is applied to expand velocity potentials in each domain. A phase relation is introduced for wave oscillation in each caisson, and the structure geometry is considered in constructing the models of reflection waves. The reflected waves with the present analysis include all of the waves traveling in different directions when incident wave period is short. Numerical examinations show that velocities at the inner and outer sides of the front walls of caissons are close to each other, and reflection coefficients satisfy the energy conservation relation very well when porous effect parameter is infinite. Numerical results show that the reflection coefficients of oblique incident waves are smaller for shorter caissons at low frequency, and decrease with the increase of wave incident angle.     

应用Boussinesq方程对Genus—2波系的理论研究

本文应用Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程，对由直立防波堤反射而形成Ｇｅｎｕｓ－２波系进行了理论研究。通过对Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程二阶非线性波求解得到了４个不同传播方向的高阶波解。由一阶线性入射波与二阶非线性波的叠加在形成了具有双周期结构的Ｇｅｎｕｓ－２波系结构菱形波面图。通过物模实验，这种Ｇｅｎｕｓ－２波系的菱形波面得以呈现于物模港池中。物模实验与所做的数值结果比较可看出，数值结果与物模实验之值有着较好     

孤立波与潜水台阶相互作用的数值研究

本文用完整二维Navier-Stokes方程和VOF方法研究孤立波与潜水台阶障碍物相互作用问题.本文的计算结果与Seabra-Santos,Penouard and Temperville(1987)的实验结果有较好的一致性,与Germain(1984)基于势流浅水理论的结果较为接近,同时能更好模拟出前传演化波的衰减.只要给出初始孤立波波幅,静水深和潜水台阶障碍物的高度,利用本文方法就能模拟出演化波、分裂波和反射波的波形,并给出每一时刻的自由面形状、流场、涡量和压力的分布.     

波浪形态及方向分布对港域波浪传播的影响

航道开挖会对波浪的传播产生显著影响,使港内波浪及泊稳条件发生变化。依托物理模型试验结果,验证了MIKE21中BW数值模型的合理性,证实二者结果吻合良好,随后利用该模型对比分析了在规则波、单向不规则波以及多向不规则波作用下,港域波浪扰动系数的分布规律及区别。结果表明：小角度入射波浪下,单向不规则波与规则波在航道迎浪面边坡发生的波能聚集现象明显强于多向不规则波;多向不规则波的方向分布对波浪在航道中的传播产生影响,波浪方向分布范围越窄,航道的折射效应及能量汇聚过程也越明显,航道边坡上的扰动系数也越大。因此在实际工程的航道设计中,应该考虑到不同形态波浪及多向波方向分布在航道传播过程中的差异,尤其在某些涌浪作用较强、波浪能量分布较为集中的港域,以单向不规则波甚至是规则波作为入射波浪将更加合理安全。     

RESEARCH ON WAVE FORCES ACTING ON THE UNIT LENGTH OF A VERITICAL BREAKWATER BY TESTS AND A NUMERICAL MODEL

1. INTRODUCTION Foretime, the design of coastal structures has been based on the formulae developed for head-on unidirectional waves. On the one hand, waves usually attack a breakwater obliquely, forming a short-crested wave system in front of the breakwa…     

SIMULATION OF TANK SLOSHING BASED ON OPENFOAM AND COUPLING WITH SHIP MOTIONS IN TIME DOMAIN

Tank sloshing in ship cargo is excited by ship motions, which induces impact load on tank wall and then affects the ship motion. Wave forces acting on ship hull and the retardation function are solved by using three-dimensional frequency domain theory and an impulse response function method based on the potential flow theory, and global ship motion is examined coupling with nonlinear tank sloshing which is simulated by viscous flow theory. Based on the open source Computational Fluid Dynamics (CFD) development platform Open Field Operation and Manipulation (OpenFOAM), numerical calculation of ship motion coupled with tank sloshing is achieved and the corresponding numerical simulation and validation are carried out. With this method, the interactions of wave, ship body and tank sloshing are completely taken into consideration. This method has quite high efficiency for it takes advantage of potential flow theory for outer flow field and viscous flow theory for inside tank sloshing respectively. The numerical and experimental results of the ship motion agree well with each other.     

台电煤港泥沙骤淤特征和形成条件研究

台电煤港在台风浪作用下往往会发生严重的泥沙骤淤。为了解淤泥质海港的骤淤特征,本文依据台电煤港的现场观测资料,特别是台风后连续多日的水深和浮泥密度观测资料,分析了台电煤港的台风骤淤量、淤泥面随时间变化过程和淤泥密度垂线分布等骤淤特征,归纳出了骤淤发生条件,并提出了利用部分表层淤泥作为水深使用的适航水深技术作为应对台电煤港泥沙骤淤的主要措施。台电煤港的骤淤特征、骤淤形成条件以及适航水深技术,可为其他淤泥质海港的骤淤研究提供参考。