基于Fluent软件二维数值波浪水槽的研究

该文利用Fluent软件,采用VOF(流体体积)法,基于N-S方程和RNGΚ?ε湍流模型,通过C语言进行二次开发,模拟二维数值波浪水槽,并与理论结果对比验证数值水槽的准确程度,进而在数值波浪场中放置潜堤结构物,将模拟的数值结果与实测数据进行对比。试验结果验证了Fluent软件模拟二维数值波浪水槽及结构物的可行性与有效性,为深入研究数值波浪水槽内结构物的水动力特性奠定了基础。     

浅海结构物波浪力计算及实验研究

应用椭圆余弦波理论,双曲波理论及孤立波理论,对作用于浅海海洋结构物的波浪力进行了计算,并在造波水槽中进行了波浪力及波压力实验研究,应用实验结果对传统的计算方法进行了修正,提出了静水面以上波压力的修正公式。研究结果表明,应用椭圆余弦波理论和双曲波理论计算理论波压力,然后进行修正,用浸没表面积分法计算的波浪力与实验值相接近。     

浅海结构物波浪力计算及实验研究

应用椭圆余弦波理论、双曲波理论及孤立波理论,对作用于浅海海洋结构物的波浪力进行了计算,并在造波水槽中进行了波浪力及波压力实验研究。应用实验结果对传统的计算方法进行了修正,提出了静水面以上波压力的修正公式。研究结果表明,应用椭圆余弦波理论和双曲波理论计算理论波压力,然后进行修正,用浸没表面积分法计算的波浪力与实验值相接近。     

深水半潜平台波浪载荷计算的设计波方法研究

采用确定性设计波法、随机性设计波法和长期预报三种不同方法对深水半潜平台波浪栽荷计算进行研究。综合考虑了波陡、海域、回复期、波浪谱形式等因素对设计波结果的影响,对不同方法的计算结果进行了对比分析。针对南海海域工作的深水半潜平台波浪载荷计算方法提出合理建议,分析结果可为同类半潜平台波浪裁荷计算提供参考。     

大型平台双船浮托短距离运输数值模拟及水池试验

以重量约10 000 t的上部平台组块为例,对应用双船浮托法进行平台海上安装的短距离运输过程进行数值模拟分析和水池模型试验研究,并对其中典型工况进行对比分析。结果表明：由2艘短距离运输船的六自由度运动以及桩腿对接耦合缓冲装置(Leg Mating Unit, LMU)的受力响应随着波浪方向与周期的变化可知,数值模拟与模型试验结果趋势相似;从数值上分析,数值模拟的结果小于或接近于模型试验的结果;当波浪方向确定时,各缆绳张力随着波浪周期变化的幅值较小。对短距离运输进行分析研究,可为海洋平台采用双船浮托法安装的方案设计和实施提供一定的参考。     

极限波浪作用下半潜式平台水动力特性

针对在极限波浪作用下的半潜式海洋平台的水动力特性,采用基于边界元法的AQWA水动力学软件对其进行数值模拟研究。建立某半潜式海洋钻井平台的三维水动力频域分析模型,通过数值计算得到平台的附加质量、辐射阻尼和运动响应;通过Cumins法将频域计算结果转换引入时域分析模块,建立平台的三维水动力时域分析模型,计算平台在工作和自存工况下的时域水动力响应,并将低频响应与波频响应进行对比,同时计算与校核在两种工况下的系泊绳系泊力,并由此优化设计确定平台的系泊系统;采用确定性设计波法确定在不同工况下的设计波,通过接口命令流将波浪载荷映射在平台整体结构上,由此可以得到平台在不同工况下的波浪载荷;给出半潜式海洋平台水动力计算及分析的系统性方法及实例,对半潜式海洋平台初步方案设计具有一定的参考价值。     

交错网格在伪谱法弹性波场数值模拟中的应用

为消除伪谱法弹性地震波场数值模拟中因数值计算产生的干扰伪波,分析了伪谱法弹性波场数值计算产生干扰伪波的原因,提出在伪谱法弹性波场数值模拟时引入交错网格,采用中心网格和交错网格联合计算的方式(即:采用交错网格计算一阶导数,采用中心网格计算二阶导数)来克服波场计算过程中的数值振荡现象。模型计算结果表明,该方法可以有效消除伪谱法模拟波场中的干扰伪波,使波场计算值稳定、准确、可靠。     

波浪下“蓝鲸”号起重船系泊吊装组块耦合运动响应

采用水池模型试验和数值模拟方法,对"蓝鲸"号大型起重船吊装海洋平台上部组块的过程开展运动响应研究,对比分析无吊物和吊物施工时的运动结果,两者吻合较好,讨论在顶浪规则波工况下该复杂耦合系统的运动响应特性。研究结果揭示在波浪中系泊起重吊装组块耦合运动机理,为海洋平台吊装施工作业提供技术支持。     

基于面元法的半潜式平台在波浪中的运动响应与波浪漂移力计算

波浪载荷对半潜式平台的运动响应起决定性的作用，并直接影响平台的总强度。基于面元法对不同浪向角下的半潜式平台的波浪漂移力进行了数值计算，通过RAO曲线和RMS值分析了半潜式平台在波浪中的运动响应，考察面元法在计算半潜平台运动响应与波浪漂移力上的适用性。结果表明，面元法能够获得合理的数值预报结果；半潜平台的运动响应在不同波浪条件下有显著区别，纵荡和横荡响应在短波中较为剧烈，在长波中较为平缓，垂荡运动的峰值大于纵荡和横荡运动响应峰值；波浪漂移力/力矩在不同波浪条件下的差异也是显著的。该结论对半潜平台在波浪中的运动响应与波浪漂移力的研究有一定的参考价值。     

非线性随机波浪阻力谱特性研究

应用非线性谱分析理论,对非线性随机波浪阻力谱特性进行分析。波浪阻力计算取决于海水质点的速度,而速度计算又依赖于所采用的波浪理论。研究表明:给定波浪基本参数,用线性波理论计算的速度值比三阶Stokes波理论计算的速度值大;非线性波浪阻力经过线性化后,其计算值比实际值偏小,均方误差接近10％,这对海洋结构物的安全是不利的。因此,对于重要的海洋结构物,应当考虑随机波浪阻力的非线性特性。     

半潜式平台四立柱波浪爬升及气隙试验

采用模型试验方法对半潜式平台近场干涉、波浪爬升和气隙分布等关键问题进行较为系统的研究。在海洋工程水动力学试验规程的指导下完成系泊模式下半潜式平台水池模型试验。通过布设光学非接触式六自由度传感器、电阻式钽丝、力传感器、浪高仪等测量设备，获取平台瞬态运动响应、立柱壁面波浪爬升、内场气隙分布等测量参数，系统地分析不同波陡参数、散射参数对平台气隙的影响。结果表明：波陡参数对内场气隙分布影响较大，当波陡参数取0.12~0.15时，平台运动幅值较大，平台边缘的气隙较小；由于波浪爬升效应，立柱附近气隙小于内场。研究结论对平台设计和安全运营具有一定的指导作用。     

中国南海深水环境FPSO波浪砰击荷载研究

波浪砰击荷载是船体结构设计的关键要素之一,当前中国在FPSO结构设计方面仍需依赖国外规范,缺乏适用于中国南海深水环境条件的大型船体波浪砰击荷载设计依据。选取中国南海海域实测海洋环境参数,基于光滑粒子法建立了波浪-浮体全耦合数值分析模型,对不同波浪遭遇周期条件下FPSO受到的波浪砰击荷载进行研究,并将数值分析结果与常用规范计算结果进行对比。结果表明,同一波浪周期下,船体所受到的波浪砰击荷载最大值出现在水面线附近且位于船体中线,船体侧面与正面的波浪荷载峰值差别主要在水面线以上较高区域,水面线以上较低区域差值较小;不同规模波浪遭遇周期下,船体所受到的波浪砰击荷载变化规律基本一致,波浪砰击峰值荷载的增加幅度远比波高增加幅度要小。采用DNV和ABS规范计算的砰击荷载值约为本文模拟值的3倍,规范相关系数取值过于保守。因此,当以DNV规范作为设计标准时,中国南海深水环境中大型船体的波浪砰击荷载系数建议取值7～8;当采用ABS规范作为设计标准时,波高安全系数β建议取值0.6～0.7。研究结果可为南海深水环境FPSO波浪砰击荷载安全系数取值提供参考。     

非线性随机波浪阻力谱特性研究

应用非线性谱分析理论,对非线性随机波浪阻力谱特性进行分析.波浪阻力计算取决于海水质点的速度,而速度计算又依赖于所采用的波浪理论.研究表明给定波浪基本参数,用线性波理论计算的速度值比三阶Stokes波理论计算的速度值大;非线性波浪阻力经过线性化后,其计算值比实际值偏小,均方误差接近10%,这对海洋结构物的安全是不利的.因此,对于重要的海洋结构物,应当考虑随机波浪阻力的非线性特性.     

半潜式平台整体结构设计的波浪载荷研究

在深入研究设计波方法的基础上,提出了适合于半潜式平台整体结构设计的确定性设计波法、随机性设计波法和长期预报设计波法,并结合DNV规范提出的6个特征载荷工况给出了半潜式平台整体结构设计的波浪载荷具体计算方法及流程。以实际半潜式平台为例,根据其作业海域,将3种设计波方法应用于波浪载荷计算,并进行了对比分析。结果表明,本文提出的方法可为半潜式平台的波浪载荷计算提供参考,对半潜式平台的整体结构设计具有一定的指导意义。     

波浪分离新算法

介绍了在波浪与建筑物相互作用的物理模型试验中的两种新的波浪分离方法:基于Hilbert变换的解析方法及插值方法。应用该两种方法可以精确地估计入射波和反射波的幅值以及反射系数等参数,能够获得入射波和反射波之间的相位信息,可以很好地应用在波浪分离中。将由该两种方法得到的反射系数与传统的Goda的方法进行了比较,证明上述两种方法的可靠性,并通过数值模拟和物理模型实验证实了所得的结果与实际值吻合得非常好。     

二维TTI介质的纯P波波动方程数值模拟

声波各向异性数值模拟对地震数据处理和解释起着重要的作用。基于Tsvankin提出的精确色散关系,通过平方根近似,在时间-波数域中推导出二维TTI介质纯P波声波波动方程,并利用快速展开法(Rapid Expansion Method,REM)进行了数值模拟。与传统的有限差分法求解二维TTI介质耦合方程和傅里叶有限差分法在时间上进行波场外推相比,该方法的模拟结果精度更高,计算速度更快,并且成功去除横波分量。     

波浪对圆柱作用的三维耦合计算模型

采用非线性波浪时域耦合数值模型计算圆柱物体上的非线性波浪压力和流场波面升高,并进行了圆柱波浪压力的物理模型实验以验证计算结果。计算模型将计算域分为内域和外域:内域为包围圆柱的矩形区域,采用三维Laplace方程,用有限元方法求解;外域为内域外面到四周边界的水域,采用水平二维Boussinesq方程,用有限差分法求解。两域在交界面处相耦合。数值计算结果与实验结果的比较表明,该耦合计算模型具有满意的精度。     

不规则波作用下无顶板开孔沉箱波浪力的计算方法

通过二维不规则波波压力试验,对不规则波作用下无顶板开孔沉箱所受到的波浪力进行了系统地研究。针对开孔沉箱由于具有特殊的消浪室结构导致其所受到的总水平与总垂直波浪力存在相位差,给出了相位差的计算公式,提出了不规则波作用下开孔沉箱三个滑移稳定危险时刻的波浪力计算方法。将本文推荐方法的计算结果与试验结果比较可见,两者符合较好,推荐方法大多情况下能够给出较为安全的结果,能为实际工程提供有应用价值的结果。     

浅海破碎波浪力计算及实验研究

用实验研究方法 ,对作用于直立圆柱上的破碎波浪力进行了研究。实验在造波水槽中进行 ,破碎波通过可调式倾斜池底实现。实验分破碎波压力分布测定和破碎波总力测定两部分。实验结果表明 ,破碎波压力沿深度呈指数规律变化 ,但水面上下规律不同。将实验研究与理论分析相结合 ,应用曲线拟合技术 ,得出了破碎波压力的分布规律 ,给出了应用压力积分法计算破碎波浪力的估算公式。与实测的破碎波总力相比 ,均方根破碎波浪力的估算结果具有较高的置信度 ,建议在工程中应用。     

基于流函数理论的波浪非线性及洋流作用下动力特性研究

为了更好地模拟实际波浪的非线性和洋流的影响,该文介绍了一种适用范围广,边界条件拟合好,可考虑洋流作用的非线性波浪理论——流函数波浪理论。将流函数波浪理论计算得到的部分结果与线性波理论计算得到的相关结果进行比较,结果表明流函数波浪理论能够很好地考虑波浪的非线性;初步探讨了流函数波浪理论在考虑洋流作用方面的优势;最后推导了流函数波浪理论在海底的随时空分布的渡压力公式,比较了非线性波浪荷载与线性波浪荷载。