波流与淤泥质海床相互作用

对淤泥质海岸环境中波浪、水流与淤泥质海床相互作用系统中的波高衰减、流速场变化以及泥层的输移问题进行系统的理论分析，并与实验结果做比较分析。     

波浪-水流相互作用模型

从N-S方程入手推导并建立了波浪和水流相互作用数学模型。该模型耦合了波浪和水流之间的相互作用因素，统一描述了波浪、水流流场在波流边界层内、外的变化规律，同时引入了k-ε紊动模型封闭了方程。模型结果与实验数据比较结果表明，所建立的波浪水流全流场模型能很好地反映波浪、水流之间的相互作用特性。     

淤泥对波浪衰减作用的数值模拟

作者建立了波浪-淤泥相互作用数学模型并利用模型分析了淤泥床面上波浪的衰减特性。与以往的波浪淤泥相互作用模型相比，本文模型引入了淤泥床面上波浪边界层以及波浪紊动的变化特性。模型结果与实验数据相比有较好的一致性。模型分析了波浪边界层厚度，泥层Stokes边界层厚度以及泥层振幅相位滞后与波浪衰减率之间的相关关系，并给出了波浪衰减率达到最大时各参量的变化范围。     

海底悬跨管道在波流和地震联合作用时的模型试验研究

利用波浪-水流-地震联合模拟试验系统,研究了在波浪、水流和谐波地震荷载单独作用或联合作用时海底悬跨管道的动态响应特征。通过试验采集的加速度和动水压力数据分析了管道的悬跨长度、管内状态、外界荷载组合对于管道基频以及动力响应的影响规律。结果表明:随着悬跨长度的增加,管道自振频率减小且管道的动力响应显著增大;水流流速、波浪高度和周期在一定范围的增大会引起管道动力响应增大;三种荷载联合作用于管道时的动力响应大于荷载单独作用,且地震荷载起主要作用,波浪、水流荷载起次要作用。     

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.     

水流作用下粘性泥沙悬扬的动力分析

本文从水流与淤泥质床面的相互作用的动态角度来探讨粘性泥沙悬扬机理。水层采用粘性体模型，泥层采用粘弹性体模型，耦合求解水体和淤泥质床面的运动方程，得出界面的稳的水流临界流速、界面波波速和波长等，将理论结果与实验结果进行比较和讨论，得出了一些有意义的结论。     

含植物水流动力特性研究进展

鉴于植物与水动力之间复杂的相互作用过程,从植物对水流的阻力作用、植物引起的紊动作用以及植物对波浪的消减作用三方面,综述了国内外含植物水流动力特性研究进展,总结了不同水动力条件下含植物河道Manning系数、拖曳力系数与植物特性之间的定量关系,讨论了植物引起的纵向流速垂向分布和紊动强度变化以及植物在海岸带波浪消减中起到的作用。针对目前含植物水流动力特性研究中存在的不足,指出植物拖曳力系数、含植物水流紊动特征、植物-水流-波浪耦合作用机理为今后研究的重点。     

波浪和水流共同作用下水流时均流速分布

近年来的实验研究表明波流同向与波流逆向时的平均水流流速分布规律相差很大，这些差别是由波浪、水流共同作用所造成的。同时，研究波浪水流共同作用下的水流流速特性对揭示波流相互作用机理也非常关键。本文在建立波流边界层模型的基础上，建立了二维全水深波流数学模型，求解了波流共同作用下边界层内外的流翅构。数值模拟的结果表明：波流同向时上层Euler时均流速减小，波流逆向时上层Euler时均流速增大，数值结果与实验数据有较好的一致性。本文模型的结果较好地解释了波流相互作用的机理。     

三维动波浪壁流动的数值研究

本文用ＡＬＥ方法对二、三维动波浪壁边界层流体运动进行数值模拟，并由流动的速度场，涡量场和压力分布了波涡相互作用的机理，动波浪壁边界层的流动特征和明显的减阻效应。数值结果表明了ＡＬＥ方法和动网格系统对劝波浪壁边界层流体运动是一种有效的数值方法。     

波浪作用下软泥床面的粘性泥沙悬扬

本文考虑波浪与软泥床面相互作用，建立了计算软泥床面上波浪剪应力的理论模型.计算结果表明，床面运动对波浪床面剪应力的影响很大.对波浪作用下粘性泥沙悬扬进行了实验研究，得到了不同密度泥床粘性泥沙悬扬的临界剪切力与泥沙流变参数的关系，并与水流作用下粘性泥沙悬扬的结果进行了比较。     

有浮泥水域的平面二维泥沙数学模型研究

近底泥沙存在底沙和悬沙的频繁交换,数学模型难以精确模拟,浮泥的发育更使近底泥沙边界条件趋于复杂,一个有效的平面二维泥沙数学模型需要正确处理挟沙力、起动流速、泥沙沉速等泥沙参数,本文应用罗肇森对浮泥研究得到的理论和经验公式,成功模拟了椒江口和灵江河段的潮流运动及水体含沙量分布特征,合理预测了水下地形的冲淤变化特点,对有浮泥发育的河口及近海水沙模拟研究作了有益的探索。     

边抛疏浚浮泥对河口地区航道淤积的影响

概述河口海岸地区航道附近浮泥存在成因及研究现状 ,将浮泥作为宾汉体 ,根据双层流模型的运动基本方程 ,推导出一维定常状态下浮泥运动速度与浮泥厚度、上层水流运动速度、底面坡度、浮泥密度、浮泥脱水速度、浮泥上层水体悬沙浓度、悬沙沉降速度、水深之间的关系及非定常状态一维浮泥运动简化方程。并对长江口北槽下段某处航槽边抛疏浚弃土中浮泥在不同水流作用下的运动进行分析计算     

浮泥水域水流挟沙力公式初探

浮泥发育水域水体的含沙量通常变幅较大,无法与水流流速建立良好关系.在分析浮泥水域含沙量时空变化特征及常用挟沙力公式的基础上,提出了以浮泥重度为参数的挟沙力公式.该公式建立了浮泥水域水体含沙量与浮泥床面泥沙条件的关系,使泥沙数学模型中泥沙输运过程的数值模拟结果更加符合实际情况,有助于提高泥沙数值模拟精度.     

波浪与潮流共同作用下二维泥沙数学模型

针对河口海岸地区波浪与潮流运动的特点,将波浪过程概化为潮周期中具有平均意义的波浪流要素,叠加到潮流运动方程中,以模拟长时段的水流运动及泥沙场的变化,建立了波浪与潮流联合作用下二维泥沙数学模型,包括贴体正交曲线坐标系下水流运动方程、非均匀悬沙、底沙输移方程、初始条件、边界条件、动边界技术及数值计算格式,引进前期含沙量的概念,得到了潮流挟沙能力公式,波浪作用下的挟沙能力采用窦国仁公式,浮泥挟沙能力采用罗肇森公式。计算的瓯江口、温州湾潮位过程与原型吻合良好,8个断面的46条垂线同步流速、流向过程计算值与实测值吻合较好。在此基础上,探讨了多连通域复杂边界条件下瓯江口拦门沙航槽开挖后潮流与风浪作用下悬沙、底沙与浮泥引起航槽回淤的模拟问题。     

波浪作用下淤泥质底床泥体输移

建立了用于模拟波浪运动的水体引起底床软泥层振荡并导致泥体输移的垂向二维数值模型。该水-泥模型中应用了一个半经验的非线性的淤泥流变模型,该流变模型表达了淤泥体在循环剪切外力(波浪)作用下其应变及应变率与应力关系的显著的滞后回线特征。数值处理技巧上,为提高数值格式对水-泥界面附近流动的分辨力,较好地再现界面附近速度梯度大的流动特点,垂向网格方法是在水-泥界面的两侧区域均采用对数网格。模型验证是通过计算水波波高衰减率和底床软泥体输移速度,并与有关的实验测量数据进行比较。     

推移质运动对清水和宾汉体泥浆湍流结构的影响

通过试验研究了清水湍流和泥浆湍流中加入推移质后时均流速分布、脉动强度、概率密度分布、相关系数、频谱密度分布等的变化.试验结果证明,清水和泥浆湍流中加入推移质后时均流速减小,时均流速梯度增大,脉动加强.泥浆过渡区湍流上部为层流,有流核,加入推移质后,上部层流转变为湍流,流核消失.分析证明,这是由于推移质运动增大了雷诺应力和时均流速梯度,因而增大了时均流动向脉动传递的能量的缘故,清水湍流中加入推移质后脉速概率密度分布偏离正态,偏态系数加大.泥浆湍流中加入推移质后相关系数降低,脉动的随机性增大.泥浆湍流的脉动能量集中于低频脉动.由于推移质也可以吸收低频脉动能来支持其运动,所以加入推移质后泥浆湍流的低频脉动能量降低,高频脉动能量增大.     

规则波与淤泥质底床的相互作用——波浪衰减

本文基于天津新港淤泥的实测流变数据，提出了一种简化的非线性本构关系，将此流变关系应用于波浪在淤泥质海床上传播时的多层模型，讨论了波浪的衰减特性，理论计算结果与水槽实验测量数据相比有良好的一致性．     

TRANSMISSION BEHAVIOR OF MUD-PRESSURE PULSE ALONG WELL BORE

In oil and gas industry,mud-pulse telemetry has been widely used to obtain directional data,drilling parameters,formation evaluation data and safety data,etc. Generally,the drilling mud in most current models was considered to be a single-phase fluid through which the mud pulses travel,despite the fact that the drilling mud is composed of two or more phases. In this article,a multiphase flow formula was proposed to calculate the mud-pulse velocity as mud solids and free-gas content change,and a mathematical model was put forward to simulate the dynamic-transmission behavior of the mud-pressure pulse or waves. Compared to conventional methods,the present model provides more accurate mud-pulse attenuation,and the dynamic-transmission behavior of drilling-mud pulses along well bores can also be easily examined. The model is valuable in improving the existing mud-pulse systems and developing new drilling-mud pulse systems.     

Sensitivity of a sediment transport model for Lake Michigan

A two-dimensional (vertical and cross-shore) sediment transport model was applied to several transects in southern Lake Michigan using observations of waves and currents recorded during the spring of 2000. Conditions during this period included several storms that are among the largest observed in the lake. The observations were used to examine the sensitivity of the model to variations in the input parameters (waves, currents, initial bottom sediment size distribution, settling velocity, and bottom stress required for erosion). The results show that changing the physical forcing (waves and currents) or the initial bottom sediment size distribution affected the results more than varying the particle properties (settling velocity and critical shear stress) or the size classes used to describe the size distribution. This indicates that for this model specification of input parameters are of first order importance and should be specified with some confidence before adding additional complexity by including processes such as flocculation and bed consolidation.     

TESTS AND APPLICATIONS OF A BOUSSINESQ MODEL WITH AMBIENT CURRENT

A new type Boussinesq model is proposed and applied for wave propagation in a wave flume of uniform depth and over a submerged bar with current present or absent, respectively. Firstly, for the propagation of monochromatic incident wave with current absent, the Boussinesq model is tested in its complete form, and in a form without the introduction of utility velocity variables. It is validated that the introduction of utility velocity variables can improve the characteristics of velocity field, dispersion and nonlinearity. Both versions of the Boussinesq models are of higher accuracy than the fully-nonlinear fourth-order model, which is one of the best forms among the existing traditional Boussinesq models that do not incorporate breaking mechanism in one dimension. Secondly, the Boussinesq model in its complete form is applied to simulating the propagation of bichromatic incident waves with current present or absent, respectively, and the modeled results are compared to the analytical ones or the experimental ones. The modeled results are reasonable in the case of inputting bichromatic incident waves with the strong opposing current present.