柔性连接多浮体在不规则波中运动的预报方法

本文介绍了一种频、时域杂交法，用于预报柔性连接多浮体在波浪中的运动。其中采用三维频域法适时求解浮体的水动力系数，在时域内求解浮体的运动方程，可同时求解非线性锚链力、连接器受力和护舷受力。利用本方法预报了柔性连接的“口”字形六浮体系统在波浪中的运动，结果与试验结果具有较好的吻合程度。     

系泊系统对海上浮式风机运动响应的影响分析

通过建立一种海上浮式风机运动响应的时域耦合数值计算方法,分析系泊系统对于运动响应的影响。该计算方法由气动力模块、水动力模块、系泊模块和浮体运动求解模块组成。气动力模块采用叶素动量法;水动力模块采用势流理论,通过边界元法进行数值模拟;系泊模块采用悬链线模型,利用Chebyshev多项式拟合计算;浮体运动求解模块采用Runge-Kutta法进行时域计算。根据对OC3-Hywind spar浮式风机进行建模求解,分析了系泊系统对于浮式风机运动响应的影响。     

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。     

深水FPSO时域耦合动力分析

采用基于三维频域Green函数及傅里叶变换的间接时域法计算了浮体的水动力特性,并采用非线性有限元法对系缆进行了模拟。通过完全时域耦合分析方法求解系泊浮体的时域控制方程,得到了系泊浮体的运动响应和系缆的张力变化。针对一深水单点张紧式系泊的FPSO进行了理论计算,并将计算得到的浮体运动时历、系泊缆索上端点张力时历及相应统计结果与模型试验结果进行了对比,发现理论计算结果与模型试验结果吻合良好。该数值模型可用于深水浮体与系泊系统的耦合计算,计算结果可为进一步探讨深海系缆材料的非线性和疲劳断裂问题提供可靠的理论依据。     

大尺度物体在层代海洋中的波浪绕射和散射理论(Ⅰ)系泊浮体在层化海洋中的运动方程

本文推导了层化海洋中的二阶浮体运动方程,并讨论了问题的物理特性。结果表明,层化可能对系泊浮体的水动力性能产生显著影响,并使波浪绕射和散射过程变得更为复杂。     

有植被覆盖条件下土壤水盐运动规律研究

利用改进型Ｐｉｃａｒｄ迭代差分法求解饱和－非饱和土壤中水分运动的混合型Ｒｉｃｈａｒｄｓ方程，避免了传统利用Ｐｉｃａｒｄ迭代法解ｈ型Ｒｉｃｈａｒｄｓ方程所出现的质量平衡误差等问题；利用特征差分法求解盐分运动的对流扩散方程，也可避免利用一般差分格式埋出现数值弥散以及数值波动问题，本文将上述数学模型用于模拟土壤在降雨、蒸发以及有植被覆盖条件下土壤水盐规律，对若干导致某些土壤碱化的原因也作出定量的解释，并     

粘弹性流体平面收缩流动的数值模拟

在石油、化工、轻纺和材料等工业中，有大量粘弹性液体的流动问题。如原油升举过程和管道输送中的流动；聚合物溶液和纸浆的流动等。由于粘弹性具有复杂的流变性，实验模拟和解析求解都较困难，随着计算机和计算流体力学的发展，粘弹性流体流动的数值研究日益活跃，成为非牛顿流体研究的一个重要方向。粘弹性流体运动数值模拟的主要困难在于：当Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数和Ｗｅｉｓｓｅｎｂｅｒｇ数达到一定值以后，方程组在求解域内是混合型的，既有椭圆型区又有双曲型区［１］，已有数值计算方法只是得到小Ｒｅ数（Ｒｅ≤８）和小Ｗｅｉｓｓｅｎｂｅｒｓ数（Ｗｅ≤０．４）的结果［２］，因此，探讨这类问题的数值方法有重要的实用意义。本文在二维Ｍａｘｗｅｌｌ流体控制方程组类型分析基础上，采用类型相关格式求解原始变量方程，对粘弹性流体二维流动进行了数值模拟，得到收缩通道在Ｒｅ＝０～２０００和Ｗｅ＝０～０．８的流动结果。和已有算例比较，扩大了线性粘弹性流体的可计算范围，为进一步研究粘弹性流体三维流动的数值方法打下了基础。     

浮体的非线性辐射效应

本文在空间上应用面源法，在时间域上应用步进法，研究了浮体的非线性辐射效应，本文探讨了：（1）不同形式的辐射条件对非线性辐射问题解的影响；（2）不同距离的辐射面对开边界条件的使用所产生的影响；（3）大振幅的浮体受近运动所产和的非线性效应。     

在位—流函数坐标系下求解非线性不定边界问题

自由边界问题是一类重要的非线性流体运动问题。这类问题在工程中有着广泛的应用，如过水坝或过水闸门的出流，给定流量的射流，以及翼型设计问题。由于这类流动求解区域不确定，导致求解问题的非线性特征，使数值计算十分困难。本文以过坝水流问题为例，提出一种求解不定边界问题的新方法。     

应用比例边界有限元法研究波浪与带狭缝三箱作用的共振现象

比例边界有限元法（SBFEM）是一种半解析的新数值分析方法,比完全数值方法具有更高的分析精度.本文应用该方法求解波浪与有限水深中三个相同,但之间存在狭缝的二维固定方箱的作用问题,为波浪与多模块超大型浮体的相互作用提供一些规律。文中给出了各箱的波浪力及反射、透射系数的数值结果,与BEM结果进行了比较,吻合良好.发现波浪与三箱的作用存在双共振现象而且中间箱的共振形式与两边箱不同.进一步分析了箱体吃水深度、狭缝宽度和箱体宽度对三箱共振频率的影响.这对超大型浮体水动力分析和结构设计具有一定的参考价值。数值结果证实该方法用较少单元便能得到精确结果,这为超大型浮体的水动力分析提供了一个可行的分析方法。     

INTERACTION OF VORTICES WITH A PROGRESSIVE SURFACE WAVE

ＩＮＴＥＲＡＣＴＩＯＮＯＦＶＯＲＴＩＣＥＳＷＩＴＨＡＰＲＯＧＲＥＳＳＩＶＥＳＵＲＦＡＣＥＷＡＶＥＷａｎｇＬｉｎ－ｌｉｎ；ＭａＨｕｔ－ｙａｎｇ（ＧｒａｄｕａｔｅＳｃｕｄｏｆＡｃａｄｅｍｉｃａＳｉｎｉｃａＢｅｉｊｉｎｇ１０００３９Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）Ａｂ...     

黏性波浪场与半潜平台相互作用的数值模拟

以N-S方程为控制方程,采用动量源方法,结合追踪自由面的VOF方法,基于FLUENT求解器,建立了同时具有造波和消波功能的数值波浪水槽.利用该数值水槽对黏性波浪场与半潜平台的相互作用问题进行了数值模拟,获得了黏性波浪场作用下半潜平台水动力载荷及其立柱表面波浪爬高的时历特性.研究表明,利用所建立的数值波浪水槽来研究黏性波浪场与深海平台非线性相互作用是一条有效的途径.     

AN IMPROVED NUMERICAL METHOD FOR CALCULATIONS IN WAVE KINEMATICS

The prediction of wave kinematics is a necessary basis for ocean engineering design. In this article, an improved method to calculate the wave kinematics especially in the crest region is presented. This method is based on the local approximation method. According to one measured wave surface, the proposed solution focuses on a Fourier series expansion in a somewhat larger segment of the wave surface record. The horizontal and vertical kinematics under the wave crest can be directly predicted. Good agreement between the numerical results and the theoretical Stokes waves verifies the validity of the numerical model. The effectiveness of the numerical method is also proved by the calculation of the wave kinematics of the laboratory focused wave groups.     

高雷诺数下带自由表面的重力波的有限元数值模型

本文基于扩展的虚拟浓度和Sommerfeld线性辐射边界条件建立了数值波浪水槽。用有限元方法结合大涡模拟（LES）湍流模型在Euler坐标系统中求解了二维不可压粘性流体的N－S方程，而自由表面函数方程是在沿流体质点迹线定义的Lagrange系统中求解的。为了检验该数值波浪模型的有效性，本文中用该数值波浪水槽进行了海底管线在波浪场中受力的数值实验，并与物模实验的结果做了对比，其雷诺数Re为10700。     

浅水域中两船交错运行时的非定常波浪干涉

本文以Green-Naghdi（G-N）方程为基础,采用波动方程／有限元法计算两艘船舶在浅水域交错运动时的非定常波浪干涉特性。把运动船舶对水面的扰动作为移动压强直接包含在Green—Naghdi方程里,以描述运动船体和水面的相互作用。本文以S60 CB=0．6船为算例,给出在两艘船交错运动时,自由面波高,波浪阻力及横向力的变化特征。计算结果发现,当两艘船船首接近时,波浪阻力增加。接着,两艘船船身相向平行航行时,阻力减少。两艘船船尾相遇时,波浪阻力又增加。最后随着两船的远离,波浪阻力趋于正常。两船之间的侧向力呈现相似的变化规律。两船先承受横向排斥力,接着相互吸引,尔后又排斥。最后两船远离,横向力消失。计算结果表明,在两船间距较小和船速较大时,两船间的吸引力相当显著,应该予以充分重视。     

近边界面的水下爆炸冲击波传播特性及气穴效应

炸药在水下起爆后,产生的冲击波在传播过程中将主要遇到两种边界面:自由水面和结构面边界,而这些边界面的存在将显著影响冲击波的传播特性。考虑冲击波与自由面及结构面的动态耦合相互作用,基于Lagrangian-Eulerian耦合算法,建立了近边界面水下爆炸全耦合模型,通过与已有文献的研究成果及经验公式进行对比,验证了数值模型的可靠性;对自由场、近自由面、近背空气结构面及近背水结构面水下爆炸的冲击波传播特性进行了系统的研究,探讨了不同边界面条件下的水下爆炸冲击波传播特性机制。研究表明,近边界面对水下爆炸冲击波传播特性具有重要的影响,近自由面和近背空气结构面水下爆炸均产生了气穴效应。     

基于有限体积法的三维波生近岸流数值模型

波浪破碎产生近岸流是近岸浅水区域一个重要的水动力现象。该文利用辐射应力的概念,并考虑辐射应力沿水深的变化、波浪破碎引起的水滚以及波流共同作用下的水底剪应力,建立了基于有限体积法的三维波生近岸流数值模型。运用建立的数值模型模拟了两个实验室实验,并同实验的实测结果进行了对比。结果表明,建立的数值模型能够较好地模拟波浪破碎产生的近岸流。     

波浪加速度不对称性对海床液化的影响

为研究加速度不对称波浪作用下的海床响应特征,基于Biot多孔弹性介质理论建立了波浪作用下海床响应数学模型,采用水槽实验数据对模型进行了验证。通过引入加速度不对称波浪压力边界条件的计算方法,模拟分析了波浪加速度不对称性对海床内部孔隙水压力、有效应力以及土体液化的影响。结果表明,波浪加速度不对称性会引起海床表层正向孔压幅值的显著衰减,使孔压的空间分布变得偏斜,减小了液化深度和宽度,使海床液化区域变得窄而浅。     

COMPUTATIONAL RESEARCH ON WAVE MAKING OF MOVING WIGLEY HULL IN TIME DOMAIN

Based on Green＇s theorem, a time domain numerical model was constructed to simulate wave making phenomenon caused by a moving ship. In this article, the Rankine sources and dipoles were placed on boundary surfaces （i.e., the ship surface and free surface）, and a time-stepping scheme was employed. Its unique characteristic is that steady state can be realized from initial value by employing the time-stepping scheme and unsteady free surface conditions. In time domain, if the results of unsteady flow problem tend to data stabilization after many time steps of computation, they could be regarded as the data of steady ones. This model could be employed to steady or unsteady problems. Theoretical reasoning and computational process of this method was described in detail The linear and nonlinear boundary conditions on body surface were studied, and the relative means to realize these boundary conditions in iterative computation were also discussed. Some proper parameters about the model of the Wigley hull were determined by many numerical tests, and their influences on wave making resistance and wave pattern were discussed. According to the comparison between numerical results and data available in relative references, the method used in this work is proven to be a reliable method in time domain. And the lattice reorganization in every time step computation is a feasible numerical approach.     

造波板运动造波的实时模拟

基于势流理论和时域高阶边界元方法,建立了完全非线性数值波浪水槽模型,通过实时模拟造波板运动来产生波浪.采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶Runga-Kutta方法更新下一时间步的波面和速度势,同时应用镜像格林函数消除了水槽两个侧面和底面上的积分,在水槽末端布置人工阻尼层消除反射波浪,通过加速势的方法准确计算速度势的时间导数.利用所建模型分别对规则波和不规则波进行了模拟研究,得到了稳定的波形,与试验结果、理论结果和已发表结果均吻合良好,同时计算了造波板做单一频率运动产生的非线性波浪力.