SECOND-ORDER DRIFT FORCES AND MOMENTS BETWEEN TWO SUBMERGED BODIES IN WAVES ON 3D METHOD

Two near field methods, namely the integral method and differential method, were presented for giving second-order mean drift forces and moments between two fixed submerged bodies in regular waves. For the integral method, with a series of mathematical manipulations, second order drift forces and moments could be easily expressed by distributed sources which could be calculated by source distribution techniques with the assumption that the amplitude of ship motions are small on the basis of the linear 3D frequency theory. For the differential method, drift forces and moments could be expressed by the derivative of velocity potential with respect to space coordinate. Because two bodies would behaveas a single body while the clearance is very large, the numerical results of one sphere in such case were given and compared with analytical results of a single sphere which does not involve the effect of free surface. When submerged depth becomes enough large, a good agreement can be reached. Then the integral method was used to predict the second order drift forces and moments of two submerged spheres and spheroids with a small lateral separation distance in waves compared with the numerical results obtained by the differential method and they agree well. By comparison, it indicates the interaction effects between two submerged bodies have a profound influence on the drift forces and moments. In this paper, the forward speed effect on submerged spheres was also considered.     

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。     

直墙前直立圆柱纵荡问题的研究

应用镜像原理，将直墙前单个圆柱的纵荡问题转化为双柱在静水中的相向振荡问题，应用速度势的特征展开法，建立了直墙前垂直圆柱纵荡问题的解析解。通过数值计算研究了圆柱与直墙间距离大小、水深等因素对附加质量和辐射阻尼的影响。计算结果表明，直墙前圆柱上的附加质量和辐射阻尼明显不同于开敞水域中单柱纵荡的情况，且随着波数的变化发生振荡。     

均匀流绕旋转圆柱分离流动的数值模拟

本文利用离散涡模型与边界层理论相结合的方法，研究了高雷诺数下，均匀流绕旋转圆柱的分离流动以及有关动力学特性，并验证了Magnus效应，数值模拟过程中，边界层方程用Keller盒式法求解，离散涡采用涡量均匀分布的圆形涡团模型并以涡核半径随时间增长来模拟涡旋的粘性扩散效应。在计算绕旋转圆柱的流动中，无须人为地引进非对称扰动，到一定时候就能自动形成交替脱落的涡街，旋转圆柱周向速度与来流速度比值α的变化范围为0.05-0.3。计算所得升阻系数、分离点的位置以及压力分布与理论和实验结果相符。     

CALCULATION OF VISCOUS FLOW AROUND CIRCULAR CYLINDER WITH THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL SIMULATION

1 .　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｆｌｏｗａｒｏｕｎｄａｃｉｒｃｕｌａｒｃｙｌｉｎｄｅｒｉｓｖａｌｕａｂｌｅｉｎｏｉｌｃｏｍｐａｎｉｅｓｏｒｏｆｆｓｈｏｒｅｉｎｄｕｓｔｒｙｔｈａｔｒｅｌｙｉｎｍｏｓｔｃａｓｅｓｏｎｓｕｂｓｅａｐｉｐｅｌｉｎｅｏｒｒｉｓｅｒｓｔｏｔｒａｎｓｐｏｒｔｇａｓａｎｄｏｉｌｆｒｏｍｏｃｅａｎｇｒｏｕｎｄｓｔｏｌａｎｄｏｒｓｕｒｆａｃｅｐｌａｔｆｏｒｍ .Ｗｅｓｈｏｕｌｄｅｎｓｕｒｅｔｈａｔｔｈｅｓｅｏｆｆｓｈｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｒｅｒｅｓｉｓ ｔａｎｔａｎｄｓｔａｂ…     

用密度函数法对自由表面进行数值模拟

本文从二维非定常N-S方程出发，提出了一种处理自由表面问题的数值方法。引入密度函数法(density-function method)追踪自由表面，在密度函数的传输方程中采用TVD格式达到了二阶精度。对均匀来流中的非定常不可压方柱绕流进行了数值模拟。数值结果成功地捕捉了自由表面波动以及漩涡的生成、分离的时间发展历程。同时验证了本方法的有效性。     

规则波作用下倾斜桩柱的受力研究

本文通过实验研究,测试了水平桩柱及倾斜桩柱在规则波作用下的波浪力。基于Morison方程和Stokes二阶波理论,分析研究了不同埋深情况下水平桩柱的受力及其水动力系数C_D、C_M随K_C数的变化规律;分析研究了不同倾角情况下,倾斜桩柱的受力及其水动力系数C_D、C_M随K_O数的变化规律,同时还探讨了在同一倾角情况下,桩柱在一端出水和全部埋于水下时,水动力系数C_D、C_M的差别。     

有限深两层流体中水波与水平圆柱潜体的相互作用

研究了有限深两层流体中表面波模态和内波模态的水波与水平圆柱潜体的相互作用问题。在线性势流理论框架内,建立了两种模态入射波作用下,水平圆柱体绕射势的多极展开求解理论。基于所建立的求解模型,对作用在圆柱体上的波浪力进行了数值计算分析,并且与均匀流中情况进行了比较。结果表明了,在入射波的某个频率范围内,流体的分层效应对圆柱体波浪力的影响是不可忽略的。同时,对流域内的绕射速度矢量场进行了数值分析。     

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。     

大型海洋结构物的非线性绕射效应

本文在空间上应用面源法,在时间域上应用步进法,数值处理了三维物体与非线性波浪的相互干扰,研究了结构物的非线性绕射效应。首先,作为比较,求解了正弦波列和孤立波绕射垂直桩柱的情形。接着,进一步求解了大振幅波浪绕射固定在自由面上的大型浮动码头的工程实例。结果表明,非线性波浪绕射力与线性结果,有一定的差别。有时,尽管从总体效应来看,这种差别不十分明显,但从上浪、出水和波的爬高以及局部应力等局部效应来看,这种差别可能很明显。     

用时域法求解二维二阶非线性水波的绕射问题

本文用二阶理论在时期围内研究非线性水波的绕射问题。一、二阶问题分别满足各自的自由表面条件和物面条件。用一阶Ａｄａｍｓ格式并配合时步处理来计算自由表面上的波高和速度势，而流场内的速度势通过求解有限元方法得到。采用人工阻尼区来吸收反射波，对水平半圆柱在水面的绕射问题进行了计算，得到了自由表面波高时间历程和圆柱所受到的波浪力，计算结果和有关文献进行了比较，其符合程度是令人满意的。     

The hydrodynamic interactions of an array of truncated circular cylinders as each cylinder oscillates independently with different prescribed modes

An analytical method based on the eigenfunction expansion and the Graf’s addition theorem for Bessel functions is developed to study the hydrodynamic interactions of an array of truncated circular cylinders with each cylinder oscillating independently in different prescribed modes. The hydrodynamic radiation and diffraction of linear waves by such an array of cylinders are investigated and the analytical solutions of the velocity potentials are obtained. After comparisons for degenerated cases and program verifications, several cases for an array of truncated cylinders with each cylinder oscillating independently in surge, sway, heave, roll, and pitch modes with different prescribed amplitudes, are studied and the hydrodynamic forces and moments acting on the cylinders are obtained.     

NUMERICAL STUDY OF FLOW AROUND AN OSCILLATING DIAMOND PRISM AND CIRCULAR CYLINDER AT LOW KEULEGAN-CARPENTER NUMBER

In order to identify the influence of shape corners on the instantaneous forces in the case of oscillating bodies, the simulated flow field is compared for two kinds of cross sections: diamond prism and circular cylinder. For these two flow configurations, the same Reynolds number and a Keulegan-Carpenter are considered. To compute the dynamic flow field surrounding the body, the Navier-Stokes transport equations in a non-inertial reference frame attached to the body are considered. Hence, a source term is added locally to the momentum equation to take into account the body acceleration. The proposed model is solved using the PHOENICS code. For the oscillating circular cylinder, the simulated results are in good agreement with the experimental data available in the litterature. After validation of this proposed model, flow field for diamond prism is determined. For both bodies, the process of the vortex formation is similar, with the formation of a recirculation zone in the near-wake containing a symmetric pair of vortices of equal strength and opposite rotation. The length of recirculation zone varies approximately linearly with time. However, the in-line force coefficient of the oscillating diamond prism is found to be greatest, since the recirculation zone is longer compared with that of the oscillating circular cylinder.     

关于卡门涡街形状稳定性的一点分析

在圆柱绕流的卡门涡街中,单个涡对于来流有相对速度,以该速度观察,其周围的流线更类似无旋理论中有环量的圆柱绕流.因此在势流解的基础上,运用扰动理论分析了涡街形状的稳定性问题.结果表明,涡位置的纵横比有一变化范围,以卡门的经典值为下限,与涡相对速度,实际涡核的大小及其环量都有关系,但与不构成单调的关系.与实验数据和数值模拟的结果进行对比,表明论文的分析是合理的.     

基于LES方法圆柱绕流三维数值模拟

该文采用计算流体软件CFX5中Large-eddy simulation(LES)模型计算了均匀流场中三维圆柱绕流的水动力特性。使用有限体积法对三维N-S方程进行求解。数值模拟着重研究了高雷诺数时展向各截面的压力、阻力、升力及涡管特性。数值计算结果表明:展向各截面柱体受力关于中截面对称且小于二维情况,柱体周围流场呈现明显的三维特性。     

近壁圆柱绕流的壁面积沙现象机理分析

针对近壁圆柱绕流过程中出现的在平板壁面积沙现象用数值模拟方法进行了机理分析。应用标准k-ε湍流模型和流函数-涡量法分析了不同间隙比（圆柱与壁面间的距离对圆柱直径之比）下的尾流特性，得到圆柱表面升阻力和平板壁面压强脉动。结合流动显示的染色粒子图方法，进行了详细的分析并提出近壁圆柱绕流过程中在圆柱下游平板壁面形成沙粒线的可能机理。     

无粘结预应力钢筋混凝土结构中次弯矩的研究

介绍预应力混凝土结构中的次弯矩,分析次弯矩的产生原因、常用的3种计算方法以及影响次弯矩的一些基本因素,并通过一个具体算例来进一步说明次弯矩的计算方法,供同类工程参考.     

三维圆柱绕流数值模拟湍流方法的选择

研究湍流模拟方法对三维圆柱绕流数值模拟精度的影响,分别采用雷诺平均法（RANS）中的κ-ω模型、SST模型以及大涡模拟法（LES）对亚临界区内雷诺数Re=3 900时的三维圆柱绕流进行数值计算,分析了圆柱体表面的受力、圆柱后流场时均速度特性与瞬时涡量分布情况。结果表明,当流体流过圆柱表面时,圆柱表面出现的与流速方向相反的负压力差区域使流体从圆柱表面分离,引起了不稳定的周期性交替脱落的湍流涡泄,从而在圆柱表面产生周期性波动的升力,同时在圆柱后近流场区域形成回流区。研究还发现,LES法对圆柱体的受力以及流场时均速度特性的模拟效果要优于κ-ω模型与SST模型;相较于前人利用浸入边界法得到的模拟结果,LES法的模拟精度也有了较大提升;同样,通过对瞬时流场涡量等值线图的分析,并与已有的模拟结果进行对比,发现LES法不但可以从整体上表现出漩涡的周期性脱落,而且对流场中不同位置的、复杂的小尺度湍流涡泄也描述得非常细致,得到的自由分离剪切层长度与湍流涡泄的卷曲度更符合湍流涡泄的特征。所以,在亚临界区,LES法对湍流的模拟效果相对较好。     

新型预应力混凝土衬砌压力隧洞技术研究

本文提出了一种新型预应力混凝土衬砌压力隧洞技术。该项技术根据厚壁圆筒承受内外水压力理论,利用围岩的抗力作用,采用外加预应力法,在围岩和衬砌混凝土之间安装一种圆环形扁千斤顶设备,根据需要利用水或水泥浆通过有限的径向位移对隧洞衬砌混凝土层外部人为地施加某一数值与分布的均布压应力,用以部分或全部抵消内水压力所产生的拉应力。其优点是省去了预应力钢筋,且施工简便。模拟试验证明,利用水或水泥浆施加预应力法是可行的。有限元计算结果表明,在隧洞衬砌混凝土外层间隔施加预应力时,衬砌混凝土中的应力能够满足工程需要。     

长江江源高寒地区气候变化对水文环境的影响研究综述

建基面呈复杂折面阶梯状的重力坝抗滑稳定分析,目前尚没有统一和完善的方法。基于三维刚体极限平衡理论以及条分法,将坝体看作由若干刚性滑动体组成的重力坝,提出了一种抗滑稳定分析方法——三维抗滑稳定条块法,并设计编制了相应的计算程序。采用ANSYS前处理模块的荷载计算方法,以某重力坝7号岸坡坝段为例进行了分析计算,结果表明:不同工况下该重力坝7号岸坡坝段抗滑稳定安全系数均能满足规范要求。该法计算理论较严谨,且与现行规范匹配性好,可供类似工程参考。