大尺度物体在层化海洋中的波浪绕射和散射理论(Ⅳ)本征函数展开方法

本文阐述了本征函数展开方法在层化流中的线性波浪绕射和散射理论中的应用,数值计算了圆柱浮筒在二层海中的附加质量和阻尼系数。结果表明,当振荡频率甚低时,层化将对浮体的运动响应特性产生影响,当系泊浮体在密跃层上方时,这种影响是不可忽略的。密跃层愈接近物体,影响愈烈,与均匀海情形相比,附加质量μ_(33),μ_(55),μ_(15)可增加20％以上。     

利用多端统一潮流控制器阻尼多模态振荡

研究了多机系统中使用统一潮流控制器（UPFC）抑制电力系统多模态振荡的可行性。首先推导了作为UPFC概念延伸的多端统一潮流控制器（MUPFC）的非线性动态模型和线性化的Phillips-Heffron模型。利用UPFC和MUPFC具有多个控制回路的特点，提出在其多个控制回路上附加多个阻尼控制器来阻尼多模态振荡。通过模态分析，采用可控性指标对系统中的各个弱阻尼模态选取有效的控制回路，并设计了附加阻尼控制器。仿真结果表明，通过该方法确定的在一个UPFC或MUPFC上设置的多个附加阻尼控制器能够成功实现对电力系统多模态振荡的抑制。     

无限深水域中浮体附加质量和阻尼系数的高频的低频渐…

本文讨论了无限深水域中浮体振荡频率当ω→０和ω→无穷附加质量和阻尼系数的渐近特性，给出了近似估算公式。     

有限深水中沉井的水动力计算

本文提出用特征函数展开和匹配方法计算圆筒形沉井在有限深水中的流体动力系数,其中包括垂荡、纵荡(横荡)、纵摇(横摇)及纵荡与纵摇(横荡与横摇)偶合的附加质量和阻尼系数。用文中推导的公式编制的计算程序,对已发表的有三维源汇分布法计算和实验结果的例子的计算表明本方法有效。本方法的优点是计算速度大大快于其它数值方法,而且计算结果准确。文中对一些形状的沉井进行了计算,得到了其水动力系数的若干变化规律。本文对海洋工程中沉井这一结构物在波浪中的运动估算和结构设计提供了有效手段。     

贴近浅水水底矩形柱体的附加质量和阻尼系数

本文应用渐近匹配法导出了计算贴近浅水水底作垂荡运动的矩形柱体的附加质量和阻尼的公式。所得之公式形式简单,计算结果与按边界元法(BEM)计算所得之结果符合良好。本文还对浅水中柱体的附加质量和阻尼的性态进行了讨论。     

无限深水域中浮体附加质量和阻尼系数的高频和低频渐近特性

本文讨论了无限深水域中浮体振荡频率当ω→0和ω→∞时附加质量和阻尼系数的渐近特性。给出了近似估算公式。     

三维浮体二阶辐射问题的实时模拟

采用二阶时域理论对任意三维物体的非线性波浪问题进行了研究。对自由表面边界条件和物面边界条件进行了Taylor级数展开，Stokes摄动展开用于建立相应的一阶和二阶边值问题，而且此边值问题的计算域不随时间变化。使用基于B-样条的边界元方法计算每一时刻的二阶波浪场，二阶自由表面边界条件在时间上进行数值积分。在自由表面加一个人工阻尼层以避免波浪的反射。对二阶物面边界条件采用数学手段，推导出一个没有二阶空间导数的表达式，以便于计算。本文对强迫正弦垂荡和纵荡运动的截断圆柱进行了计算，讨论了漂浮结构的二阶水动压力影响，计算结果与已有结果十分吻合。     

薄壁圆筒结构附加质量的实验研究

本文主要针对核电站安全壳地坑过滤器,测量薄壁圆筒结构水下附加质量。首先对圆柱结构附加质量进行测量,对比圆柱结构附加质量的经验公式,验证了测量方法的可行性与可靠性。然后对圆筒结构附加质量进行了测量,并研究了振动频率、结构几何尺寸等参数对附加质量的影响,发现圆筒结构附加质量相对圆柱结构附加质量的修正系数为常数,为1.9。从而便于实际应用中获取圆筒结构的附加质量。     

贵广二回直流输电系统次同步振荡问题分析

针对贵广二回直流输电系统可能引起整流站附近汽轮发电机组次同步振荡的问题，采用机组作用系数法和时域仿真方法进行了分析。时域仿真采用NETOMAC程序，建立了适用于次同步振荡问题仿真的详细模型。通过对不同运行方式的分析，得出了在整流站与外部交流系统弱联系以及孤岛方式下会发生次同步振荡不稳定问题的结果，提出了必须设计直流输电附加的次同步振荡阻尼控制器的结论。     

均匀流中横向振荡圆柱绕流场的数值分析

针对工程中关心的振荡圆柱绕流问题,采用同位网格系统中的SIMPLE算法求解N-S方程,以及动网格技术模拟圆柱的运动边界。对均匀来流中的横向振荡圆柱绕流场进行数值模拟,计算了振荡圆柱升力系数、阻力系数随时间的变化曲线,以及不同相位时的流线矢量图和涡量等值线分布图。为验证模型的可靠性,对静水中的振荡圆柱流场进行模拟。与实验及数值计算结果吻合较好。     

双浮体自由垂向振荡响应特性

双圆柱体系统在波能装置和防波构件中得到应用，该系统是一个多自由度受迫阻尼振荡系统，阻力和激励力都来自于波浪力。本文采用线性波理论和特征函数展开皮配法，在平面入射波条件下，求解了双圆柱体垂荡运动辐射速度势和圆柱体固定不动时的绕射速度势，推导了附加质量、阻尼系数、波浪激励力表达式，列出了浮体垂荡运动微分方程。最后讨论了下浮体尺度及位置对系统响应特性的影响。数值计算表明无论下浮体尺度及位置如何变化，它只影响到浮体垂荡响应在低频端的值，下浮体的振幅值总是小于入射波的振幅值，而且它在一个较窄的频率范围内从较大的值很快变化接近于零。下浮体半径与上浮体半径之比的变化不仅影响到两个浮体的响应幅值，而且也影响到曲线的变化趋势；两浮体距离的变化对曲线的变化趋势影响不大，但对曲线的幅值有影响；下浮体厚度的变化只少许改变了响应曲线的幅值。     

THE RADIATION AND DIFFRACTION OF WATER WAVES BY A BOTTOM-MOUNTED CIRCULAR CYLINDER IN A TWO-LAYER FLUID

An analytical method was proposed to analyze the radiation and diffraction of water waves by a bottom-mounted circular cylinder in a two-layer fluid. Analytical expressions for added mass and damping coefficients, as well as the wave excitation forces of the circular cylinder were obtained by an eigenfunction expansion method. The hydrodynamic forces on the bottom-mounted circular cylinder in a two-layer fluid include not only the added mass and damping coefficients, but also the wave forces of the surface and internal-wave modes. This is different from the case of a homogenous fluid. Some examples were given, showing that density stratification can have a relative large effect on these hydrodynamic forces over a wide range of frequencies.     

浅水深对160kDWT FPSO水动力系数的影响

FPSO系泊于浅水中时,由于安全性问题,浅水深对其运动与载荷的影响正逐渐引起重视。本文利用三维线性势流理论和源汇分布法研究一艘160kDWTFPSO在浅水中的辐射问题,对不同水深下FPSO的水动力系数进行了数值计算。结果表明,浅水深时,一方面,3个垂向运动(垂荡、横摇和纵摇)附加质量有显著增加,特别是水深吃水比减小到1.3后,更是以几何倍数增长;另一方面,6自由度运动的阻尼系数均有明显增加,特别是横摇阻尼系数,随着水深吃水比的减小而成倍数增长。由于浅水中水动力系数的显著增加,FPSO垂向运动幅度也必将较大地趋于缓和,从而不易导致浅水FPSO碰底现象的发生。     

Numerical study of hydrodynamic behavior and conversion efficiency of a two-buoy wave energy converter

In this paper we propose a two-buoy wave energy converter composed of a heaving semi-submerged cylindrical buoy, a fixed submerged cylindrical buoy and a power take-off(PTO) system, and investigate the effect of the fixed submerged buoy on the hydrodynamics of the heaving semi-submerged buoy based on the three-dimensional potential theory. And the dynamic response of the semi-submerged buoy and the wave energy conversion efficiency of the converter are analyzed. The difference of the hydrodynamics and the wave energy conversion efficiency of a semi-submerged buoy converter with and without a fixed submerged buoy is discussed. It is revealed that the influence of the fixed submerged buoy on the exciting wave force, the added mass, the radiation damping coefficient and the wave energy conversion efficiency can be significant with a considerable variation, depending on the vertical distance between the heaving semi-submerged buoy and the fixed submerged buoy, the diameter ratio of the fixed submerged buoy to the heaving semi-submerged buoy and the water depth.     

近海结构—流体—地基体系的辐射水动力特性和地震分析

本文提出了求解弹性地基上弹性铅直圆柱体与周周液体耦联振动的解析方法。在该方法中采用了改进的数学模型,不仅考虑了结构-流体相互作用,同时还考虑了弹性地基对整个结构-流体-地基体系的影响。文中给出了依赖于激振频率的辐射附加质量和水动力辐射阻尼的解析表达式,分析了它们随激振频率的变化特性,并将之分别与广义质量和广义阻尼作了比较分析。本文还就结构-流体-地基相互作用对于辐射水动力荷载的影响作了描述和研讨。     

Three-dimensional steep wave impact on a vertical cylinder

In the present study we investigate the 3-D hydrodynamic slamming problem on a vertical cylinder due to the impact of a steep wave that is moving with a steady velocity.The linear theory of the velocity potential is employed by assuming inviscid,incompressible fluid and irrotational flow.As the problem is set in 3-D space,the employment of the Wagner condition is essential.The set of equations we pose,is presented as a mixed boundary value problem for Laplace’s equation in 3-D.Apart from the mixedtype of boundary conditions,the problem is complicated by considering that the region of wetted surface of the cylinder is a set whose boundary depends on the vertical coordinate on the cylinder up to the free-surface.We make some simple assumptions at the start but otherwise we proceed analytically.We find closed-form relations for the hydrodynamic variables,namely the time dependent potential,the pressure impulse,the shape of the wave front(from the contact point to beyond the cylinder) and the slamming force.     

求解流体与结构相互作用问题的ALE有限体积方法

本文发展了求解流体与结构相互作用问题的数值方法。采用任意拉格朗日－欧拉网格（ＡＬＥ）和有限体积方法对流体的控制方程进行空间离散，而时间项则采用三点向后差分格式；对于结构的运动方程采用Ｎｅｗｍａｒｋ积分法进行求解，为了求解耦合的流体和结构的运动方程，采用预测－多步校正法以避免反复迭代所导致的过大的计算量。作为本入方法的应用，计算了圆筒内一同轴圆柱的自由振动问题，在小振幅的情形下，将由计算获得的附加质     

U形渡槽内水体液面晃动对流作用试验研究

大型U形渡槽多为薄壁结构,柔性结构与水体间的动力相互作用与刚性壁假定存在明显的不同,渡槽类结构刚度对两类等效质量的影响尚需深入研究。本研究采用几何比尺1/10的大型薄壁U形渡槽物理模型,通过振动台试验研究U形渡槽与水体的动力相互作用。通过深入分析稳态白噪声激励下渡槽结构的动态响应及槽内水体液面自由晃动结构响应,确定U形渡槽中水体液面晃动的自振频率及阻尼比,并通过深入分析试验记录的液面晃动波高幅值与渡槽支座力、弯矩幅值,定量给出了试验对象U形渡槽结构槽内水体对流作用的等效质量及作用位置。可为实际U形渡槽工程抗震设计准确分析及安全性评价提供可靠依据。     

非线性波浪绕射问题的数值计算

本文给出非线性波浪绕射问题的计算模型,并用时间步进和边界元法求解。该模型能适用于严重非线性情形,且能满足初始条件和辐射条件。作为对该模型的检验,我们对孤立波绕过穿刺水面的直立圆柱的算例进行了计算,并同Isaacson的解析解、李宝元的差分解进行了比较,结果吻合很好。此外我们还用数值方法同时模拟造波机造波和求该波与直立圆柱的相互作用。结果表明,数值波浪水池能够以尽可能短的暂态过程,模拟波浪与物体的相互作用,提供良好的初始条件。数值波浪水池还能用于任意水深、任意水底形状下的相互作用问题。本文的计算模型和算法具有机时省,计算稳定的优点。