大尺度物体在层化海洋中的波浪绕射和散射理论（Ⅲ）边界元方法

本文利用格林公式，给出了在层化海洋中用格林函数表出的波浪绕射与散射波场中的扰动压力振幅的积分解表达式，并采用Fourier变换方法求得格林函数的解析解，导出了相应的边界积分方程，从而成功地将边界元方法应用于层化海洋中的波浪绕射和散射问题的研究中来。     

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。     

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。     

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。     

座底式非圆形截面立柱线性波浪速度势解析方法研究与应用

该文针对线性波浪绕射问题,结合保角变换级数展开,系统推导了任意截面绕射解析方程。在圆截面Helmholtz方程基础上扩展了非圆形截面的解析分析方法,拓展了经典柱Bessel函数,并系统探讨了该扩展函数解的分类与应用。基于该绕射解析分析法,应用于座底式立柱载荷分析,形成了有别于边界元方法的解析分析方法。通过海洋波浪绕射算例对该文提出的方法做了对比验证,确认了其适用性。该方法作为基础性的数学物理方法,可应用于声学、电磁场等其他领域,有助于从理论上了解柱的波反射现象的数学特征。     

波浪对圆柱外接圆弧型防波堤绕射的解析计算

在微幅波绕射理论的基础上,使用特征函数展开法,推导了圆柱外接圆弧型防波堤复合结构的水波绕射的解析解,并据此计算了该结构所受到的波浪载荷以及绕射波面分布。计算结果表明:与单一圆柱相比,外接圆弧型防波堤的存在可明显降低作用于圆柱的波浪载荷和圆柱表面的波浪爬高;采用外接堤表面密实或透空而内圆柱表面透空的结构形式可以取得圆柱防浪的较佳效果;结构透空系数、波浪入射角度、外接堤张角、外堤半径与水深比、水深与波长比等因素的变化对绕射波浪作用均存在一定影响。     

二维水波数学模型的实验验证

为了验证基于缓坡方程的波浪折射和绕射综合问题的数学模型，在波浪水池中，对缓坡地形上的双突堤在规则波，单向不规则波和多向不规则波作用下的折射，绕射综合影响进行了实验研究，并将实验得到的结果和数值计算结果进行了比较。     

波流联合作用下的物体上的波浪绕射力

本文研究了在波流联合作用下的任意三维物体的波浪绕射问题,建立了求解物体上的波浪绕射力的时域解理论模型。本文证明了对于任意三维物体,如果在自由面条件简化时,假设定常兴波势为有限量阶,则在波浪绕射力公式中,不存在含有绕射势的水线积分项。从数学上证明了水线积分项反映了自由面条件中定常兴波势和不定常势之间的耦合效应。在此基础上,本文提出了在波流联合作用情况下,作用在物体上的绕射力与辅助辐射势之间的关系式,从而不须求解绕射势便可得到绕射力。     

应用MIKE 21 BW模型分析航道对波浪传播的影响

波浪在传播过程中遇到航道会发生折射、绕射以及反射现象。MIKE21的BW模块可以很好地计算和分析港口、码头等小面积波浪场中的多方向不规则波的相互作用,浅水变形,折射,绕射和反射等各种波浪现象。本文采用该模块建立在不同航道条件下的波浪传播数学模型,并利用数模结果系统地分析了航道水深、航道宽度、航道边坡坡度以及波浪入射角度对波浪传播与变形的影响规律。成果对试验研究及工程实践有指导意义。     

波浪在双滩地形上的传播

使用抛物型缓坡方程和修改抛物型缓坡方程研究了双圆形浅滩地形的波浪折射绕射。并与单圆形浅滩的波浪折射绕射进行了比较，进而对多圆形浅滩进行数值模拟，从中模拟了陷波现象。     

考虑绕射效应的沿堤波浪力波动分析

回顾了波浪绕射的理论基础,提出了等水深单突堤的总波浪力相位差修正公式,结合绕射效应解析解和波压计算方法,探讨了波高和波浪力的沿堤波动.分析结果表明,波高沿堤波动导致波浪力沿堤也呈正弦形式的周期性衰减,这正是蛇行破坏现象的内在原因.当不考虑堤后绕射波影响时,堤头附近水平波浪力最大峰值约为立波时的1.2倍,当考虑堤后绕射波影响时,最大峰值可达1.4倍以上.这表明立波系统只是一种总体平均情况,考虑到波浪力的沿堤波动,工程中应加强局部重点堤段的防护.     

浅水区孤立墩上的非线性波浪力

本文基于一阶近似椭圆余弦波理论研究了浅水区非线性波浪对圆柱墩的绕射作用,推得了计算绕射后圆柱墩周围的水面方程,从而得到墩柱面上波面的壅高值。文中也推导了作用于圆柱墩上的波浪力计算公式,并对工程中常遇到的波浪范围进行了计算,得到了非线性波浪力与线性波浪力的比值,并制成图供设计参考。     

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。     

浅水波与圆弧型贯底式防波堤的相互作用

该文基于椭圆余弦波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了浅水波对圆弧型贯底式多孔介质防波堤绕射的波势解,并据此解析计算了作用于防波堤的水平波浪载荷与浅水波波面分布。计算结果表明:浅水波入射角与非线性影响参数、海况条件以及防波堤几何条件等因素的相对变化对波浪作用均存在一定的影响,结构透空可以明显减弱防波堤所受波浪作用。与微幅波理论对比可知:在一定浅水条件下采用椭圆余弦波一阶分量模型所计算的最大无量纲波浪力、力矩和波面分布值均明显高于微幅波理论的对应估值,反映了水波非线性因素的影响效应。     

波浪折射、绕射与反射联合运算简介

港内波浪常受防波堤、码头和海岸边界以及航道、浅滩水深地形的影响而引起绕射、反射与折射。通过物理模型试验研究港内波浪往往既花钱又费时。自60年代开始,法国Biesel最早提出采用积分方程法计算港内波浪的数学模型。70年代,日本伊藤、谷本提出了数值波动解析法,即差分法计算港内波浪的数学模型;荷兰Berkhoff提出了折射、绕射联合运算的有限元数学模型;美国Houston提出了混合元数学模型;苏联提出了能量平衡法数学模型;丹麦Abbott提出了Boussinesq     

波浪绕射非线性数学模型

本文用波数矢量无旋波能守恒方程和非线性弥散关系一起建立了一个浅水波浪绕射的非线性数学模型。在此模型中以非线性弥散关系（经验非线性弥散关系和理论非线性弥散关系）引入浅水波浪绕射理论，组成浅水波浪非线性数学模型。并且在波能守恒方程中考虑了底摩擦的影响。模型中通过对一个斜坡浅滩水域的波浪绕射现象。对使用经验非线性弥散关系和理论非线性弥散关系以及线性弥散关系的计算结果进行了比较。结果表明；使用非线性弥散关系比使用线性弥散关系的计算结果与试验结果现加吻合；水波在浅水传播时使用经验非线性弥散关系和使用理论非线性弥散关系两者相关甚微，但采用经验弥散关系近似波浪在浅水传播时的非线性的计算量远小于理论非线性弥散关系的计算量。所以在实际应用时采用经验非线性弥散关系是较为简单合理的和完全可行的。     

室内模型试验中波浪绕射的多波向合成

用频谱和单一方向的不规则波来分析海浪或在试验室内进行模拟,是目前的一种倾向。实践证明,仅用频谱已不能充分描述海浪的特性,同样,用单一方向的不规则波进行港口掩护试验,已不能确切反映港口的实际波况。波浪绕射很大程度上取决于入射波的方向。而且用规则波的绕射结果进行工程设计,将是偏于不利的。因此,在波浪绕射模型试验中需应用方向谱。本文通过单一方向不规则波乃至规则波,进行波浪绕射的多波向合成,而达到方向谱波的实际效果。这对合理设计港口工程,有着现实意义。     

波浪变态模型试验相似关系探讨

对于波浪折射、绕射和反射的影响都较显著的情形,考虑到按传统的波浪变态模型相似关系将模型中的试验数据换算到原型后的偏差较大,论文尝试采用将正态模型时间比尺应用到变态模型中并反推出变态模型波长比尺的方法提出了一种不同的波浪运动相似关系即λL=λl.λthkh。通过工程实例计算表明,该相似关系条件下的变态模型计算结果与原型数值计算结果的偏差要明显小于传统的波浪折射和绕射相似的情况。     

椭圆余弦波对V形防波堤绕射波浪力的解析计算

应用椭圆余弦波理论,给出了V形薄壁防波堤的浅水波绕射理论解,对现有Airy微幅波理论进行了有效拓展。通过对V形防波堤的浅水波浪力进行试算,揭示了椭圆余弦波对防波堤的作用规律。计算结果表明:椭圆余弦波理论计算的V形防波堤的最大无量纲波浪力明显大于相同浅水条件下Airy微幅波理论的对应结果,该方法有效拓展了无限长直立薄壁堤的反射波理论。此外,浅水波入射角、V形堤张角和防波堤臂长与水深比等参数的变化均将对V形堤的波浪作用产生相关影响,而V形堤的实际绕射波浪力幅值将随浅水波特征参数值的增大而增大。     

新抛物型缓底坡波动方程

应用变分原理导出修改抛物型缓底坡方程和扩展抛物型缓底坡方程。通过数值模拟方法数值求解具体地形上的波浪折射绕射，同Kirby抛物型缓坡方程的线性方程和非线性方程进行比较。结果表明新的抛物型缓底坡方程具有适用性。提供了一种模拟波浪折射绕射的新方法