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.     

近岛礁波浪传播变形模型试验研究

该文以某典型岛礁地形为研究对象,通过水池模型试验方法对岛礁附近波浪沿程变化、横剖面波高变化和礁坪上波浪变化等近岛礁波浪传播变形特征进行了分析。研究结果表明,波浪从远海传播至岛礁附近,经过礁坪前地形剧烈变化地带时波高增大后迅速减小,并在礁坪边缘与浅水礁坪的衔接段形成破碎带,最后进入浅水礁坪后波高基本由水深控制。     

斜坡上梯形潜堤附近流动结构的数值研究

波浪通过斜坡上潜堤时的波形和非线性特性均有显著变化,同时潜堤附近会出现涡流的生成及消散现象,有必要对其深入研究.基于1:20的斜坡上的波浪水槽实验,分析规则波在斜坡上不可渗梯形潜堤附近的动力特性.本文垂向二维波浪数学模型以RANS方程为控制方程,采用非线性涡黏性(各向异性) 紊流传输模型封闭雷诺应力项,利用VOF方法追踪自由表面以及采用源函数造波技术来模拟规则波对斜坡上潜堤的作用,数值计算结果与实验测量数据进行对比,吻合良好.利用数值计算进一步分析了流场、流线、紊动动能及紊动动能耗散率等特性,重点探讨了堤顶水深变化的影响,得到随堤顶水深增大,潜堤的消浪作用将明显减弱.     

波浪荷载对半圆型潜堤作用的数值分析

基于动量源数值造波原理,运用Fluent软件模拟了半圆型潜堤表面波压的分布及变化规律,采用π定理分析了波陡、水深及波长对半圆型潜堤表面波浪力的影响,并通过统计潜堤表面各点所受压力（最大波压力与最小波压力的差值）最大值的分布,给出了半圆型潜堤表面压力最大值出现的位置及概率.分析结果表明,在水深较深时,波陡的改变会使波压力在堤顶至背浪侧发生明显变化;水深波长比的改变,会引起半圆堤两侧波压力不同的变化;波压力的最大值一般发生在堤顶处及其偏向背浪侧附近;半圆堤面上的动波压力最大值主要出现在两侧堤脚附近,随着波高的增加,堤面上各点的动波压力由近似对称分布向两侧受力不同转变.     

基于高阶谱方法求解波浪在不规则地形上传播的完全非线性数值模型

该文基于高阶谱方法,通过引入造波边界和水底边界条件,建立了能够模拟波浪在不规则地形上传播的完全非线性数值计算模型。对典型的二维波浪bragg反射和波浪在潜堤上传播进行了数值模拟,数值计算结果表明该模型能够很好地模拟波浪的产生、传播及与不规则地形的作用,验证了所建立的数值计算模型模拟波浪在不规则地形上传播的有效性。     

波浪通过斜坡上潜堤的波能演化实验研究

潜堤是防止海岸侵蚀的常用护岸建筑物,准确的掌握潜堤前后波浪的传播变形规律十分必要.该文以斜坡上梯形潜堤为研究对象,基于波浪水槽实验,通过谱分析探求线性波、非线性波、非规则波通过斜坡上潜堤内部组成能量的变化规律,分析相同的入射波情况下波浪倍频能量演变与堤顶水深大小的关系,得出堤顶水深越小主频能量衰减越大的规律.同时,比较研究线性波与非线性波作用下潜堤前后波能的变化,发现非线性波高倍频能量产生更加剧烈.     

波浪冲击过程的湍流数值模拟

本文通过无反射数值波浪水槽研究了周期波浪对浪溅区结构物的冲击作用，控制方程为雷诺时均方程，采用ｋ－ε紊流模型及在近壁区应用壁函数。建立了适合ＶＯＦ方法的水体与结构物接触与分离的数值边界条件及动量方程的对流项采用了三阶迎风差分格式以消除数值粘性的影响。通过数模得到了波浪对位于浪溅区结构物底面的波浪冲击压力幅值及沿底面分布的定量结果，讨论了不同结构物尺度及距静水面高度对冲击压力沿建筑物底面分布的影响，     

一种浅水波浪数值模型的应用研究

简述目前几种浅水波浪数值预报模式，介绍了国内外以能量平衡方程预报浅水波浪的若干模式，重点介绍了应用当今最新波浪研究成果发展起来的并经过若干理论及现场观测资料验证的SWAN模型，详细论述了模型的特点及其适用性，其动谱能量平衡方程的数值离散格式及对能量源汇项的处理方法，利用SWAN模型计算了在不同水深时流场对波浪传播的影响，并与线性波流理论计算结果进行比较；最后，将模型应用于海安湾的浅水波浪数值计算，模拟湾内波高及周期场分布，并与观测结果进行比较。     

复式航道波浪变形及输沙影响数值模拟研究

复式航道通过在原有深水主航道两侧开挖并行浅水航道,实行大小船舶分道航行,高效缓解进港航道通航压力,具有广泛的应用前景.由于航道断面复式化,波浪穿越航道的演变规律比传统单一断面复杂,影响船舶通航安全及泥沙输运.基于天津港复式航道工况,建立数值波浪水槽,针对正交入射波浪在不同断面型式复式航道中的演变进行数值模拟,研究结果表...     

波浪传播的数值模拟与物理模拟耦合模型

此文对于二维波浪的传播建立了数值模拟与物理模拟的耦合模型。模型中,数值模拟采用基于改进Boussinesq方程的三角形网格有限元模型,物理模拟采用推板式造波机。模型的求解采用空间五点的拉格朗日插值和时间的四阶Runge-Kutta格式。通过波浪模拟实验研究了耦合模型在不同波浪要素下的适应性。进一步针对于规则波和不规则波分别建立了实时修正由于造波机造波性能所引起的模拟误差的方法。波浪模拟实验结果表明,耦合边界附近数模结果与物模结果吻合很好,实时修正方法能很好修正由于造波机造波性能所引起的模拟误差,耦合模型和实时修正方法能有效建立起数模与物模的确定性联合。     

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.     

长江和畅洲左汊潜坝工程对汊道演变的影响

长江镇扬河段和畅洲左汊潜坝工程是首次在长江主汊中采用全断面潜坝形式实施的汊道控制工程,工程建成后使和畅洲左汊分流比上升的势头得到有效遏制,基本实现了工程预期目标.为研究潜坝工程对和畅洲汉道近期演变的影响,比较了潜坝工程建成前后汊道平面、断面、分流比、槽蓄量等要素的变化;分析了来水来沙条件、上游河势变化、河床边界条件等因素对汉道的影响;从两汉道阻力变化对比、相对引水深变化及上游流速分布的改变等方面,初步探讨了潜坝工程对汊道的影响机理.结果表明,潜坝工程建成后和畅洲汊道发生了有利变化,而潜坝工程是和畅洲汊道近期演变朝着有利方向变化的主要因素.     

台阶形陆架上孤立波传播的数值模拟

为了研究孤立波在带有陡升台地的陆架上的传播,用MAC方法求解了二维纳维尔-斯托克斯方程。本文在以下几点,改进了东京大学提出的修正的网格标记法:1.给出交错网格的新的标号系统;2.推导出自由表面上非规则星的新的压力迭代公式;3.对流函数、压力和速度使用了三值悬旗;4.把一维Burgers方程的部分守恒形式扩展用于二维N-S方程。这些使得程序更简单和精确。计算结果证卖,物理上很好地解释了孤立波的传播,入射波分成了反射波和透射波,然后开始分裂、破碎。 本文计算结果与线性波理论的结果很一致,但后者不能给出波运动的过程。     

无反射造波数值波浪水槽

本文应用ＶＯＦ方法建立了二维数值波浪水槽模型。基于线性造波机理论在水槽左端设置了可吸收式造波机数值边界条件。即造波板的运动除了产生行进波外，同时还产生一个抵消反射波的局部波动。水槽右端除了通常的可滑移与无滑移直墙边界条件外，依据线性辐射条件建立了开边界条件。通过水槽右端为直墙时的全反射情形，比较了可吸收造波机与普通造波机的速度变化与波面变化。文中在Ｈ０／ｄ＝０．１￣０．３，ｄ／Ｌ＝０．１２４￣０．     

和畅洲左汉口门潜坝加固现场试验研究

长江镇扬河段和畅洲左汉口门潜坝加固工程包括坝顶的尼龙网石兜和坡面的块石防护工程2部分.由于水下潜坝加固的设计工程量补偿系数及施工方法没有相关的规程规范和经验可借鉴,因此,为研究尼龙网石兜及块石抛投施工定位方法,确定抛石与抛投尼龙网石兜的设计工程量补偿系数,开展了现场抛投尼龙网石兜与抛石试验研究.根据现场试验结果,计算分析确定了坝顶及坝肩抛尼龙网石兜设计工程量补偿系数为1.2,水下坝坡面抛石设计工程量补偿系数为1.5;并结合理论分析,推导了尼龙网石兜漂距及石块漂距的计算公式,由试验数据反算出了尼龙石兜和块石的阻力系数.该研究成果已运用于长江镇扬河段和畅洲左汉口门潜坝加固工程的设计和施工中,达到了预期目的.     

双戗堤截流平面流态及其影响研究

双戗堤截流方式要求上下戗堤分担落差以减小截流难度,但实际应用中水力条件常常难以控制而影响落差分配效果.应用CFD数值模拟方法,对概化边界下双戗堤截流过程进行三维试验研究,探讨上下戗堤之间的平面流态对水力条件和落差分配的影响.结果表明:在上戗堤龙口后促使主流转折造成左右岸逆向双回流的平面流态对下戗分担落差很有必要,采用挑流方式可有效地控制这种流态,但挑流设施的位置和尺寸对流态的形成与稳定有影响,而戗堤间距在稳定的双回流流态下对落差及其分配的影响则较小.     

计算域中存在直立岛式结构物时波浪传播的数值模拟

针对计算域中存在直立岛式结构物的复连通区域,提出了岛体边界条件,利用缓坡方程建立了在计算域中存在直立岛式结构物时波浪传播的数值模拟模型。模型适用于变水深水域问题,克服了解析解只能适用于等水深水域的不足。直立圆柱和无穷小厚度岛式防波堤周围波浪传播的数值算例表明,数值解与解析解吻合良好,说明所建立的数值模拟模型能有效地模拟复连通区域内的波浪传播。矩形固定式防波堤周围波浪场的数值模拟说明该模型对工程实际有较强的适应性。     

淹没式取水工程附近水流运动三维数值模拟

采用三维水流模型,模拟了淹没式取水工程(单侧引水箱、蘑菇头)附近三维空间内的水流运动。计算发现,取水工程处表层水体中水平流速增量与取水吸水方向可相同,也可相反。结合模拟结果和明渠水流基本理论,探讨了取水口附近水流变化现象的形成机理。理论分析表明,黏性(垂向扩散)、动水压力作用是产生上述现象的决定因子,它们对表层水流变化的驱动方向相反,其综合作用效果随着取水工程之上水深h’的不同而不同。对于单侧引水箱,当h’较小时,黏性扩散作用占主导,取水层与表层水流流速增量方向一致;当h’较大时,动水压力作用占主导,取水层与表层水流流速增量方向相反。较之单侧引水箱,蘑菇头从水平各个方向均吸水,导致了在蘑菇头正上、正下方水域形成2个压力集中区。环绕着这2个区域边缘,靠近取水口的水层由于黏性扩散向中心运动,远离取水口的水层(底层、表层)被向外压出。     

王甫洲右导堤绕流场计算与模型试验研究

在热流假设条件下，不工模型试验与数值模拟两方法，互补交替逼近右导堤体型优化曲线，实践证明数值模拟的指导性与模型试验的验证作用加快了试验进程，提高了试验精度。     

城市江河防洪堤堤顶高程计算的研究

根据国家颁布的城市防洪有关规范,在城市防洪工程规划和设计时,对防洪堤堤顶高程的计算进行分析,提出了堤防波浪爬高和风壅高度的计算及堤防安全加高值的选用。