三维台阶型月池非线性共振运动特性数值研究

该文以无限水深下无台阶、有台阶月池的固定船体为研究对象,采用基于势流理论的WAMIT和有限体积法的STAR-CCM+的数值方法,计算月池活塞共振、晃荡共振及次共振时自由面运动,分析流体黏性、月池台阶对月池自由面运动和共振模态的影响以及非线性效应。结果表明：流体黏性抑制了共振时自由面运动响应,月池台阶上自由面运动响应增大,皆使活塞共振模态曲线变陡峭及一阶晃荡共振模态曲线变平缓;带台阶月池中的非线性效应使自由面运动响应增大,共振模态曲线变陡峭,且非线性效应随着入射波波高的增大而增强,次共振频率下,高次谐波响应占总响应的比值较大,非线性效应显著。     

舰船在波浪中补给的运动性能研究

本文介绍舰船在波浪中补给时的运动响应理论计算方法，运用三维势流理论计算两船的水动力相互作用和波浪扰动力。根据两船的相对运动进行两船补给时的相碰概率预报。预报结果与水池船模试验进行了初步验证，吻合较好。     

应用比例边界有限元法研究波浪与带狭缝三箱作用的共振现象

比例边界有限元法（SBFEM）是一种半解析的新数值分析方法,比完全数值方法具有更高的分析精度.本文应用该方法求解波浪与有限水深中三个相同,但之间存在狭缝的二维固定方箱的作用问题,为波浪与多模块超大型浮体的相互作用提供一些规律。文中给出了各箱的波浪力及反射、透射系数的数值结果,与BEM结果进行了比较,吻合良好.发现波浪与三箱的作用存在双共振现象而且中间箱的共振形式与两边箱不同.进一步分析了箱体吃水深度、狭缝宽度和箱体宽度对三箱共振频率的影响.这对超大型浮体水动力分析和结构设计具有一定的参考价值。数值结果证实该方法用较少单元便能得到精确结果,这为超大型浮体的水动力分析提供了一个可行的分析方法。     

波浪周期对系泊船舶运动影响试验研究

系泊船舶泊稳是港口设计和营运过程中的重要问题,系泊船舶泊稳标准从实质上讲就是限制系泊船舶的运动量。较长周期波浪作用下的系泊船舶泊稳问题愈来愈受到各方的关注,选取了一艘10万吨级散货船进行横向不规则波作用下的系泊模型试验,在同一波高下变化入射波浪周期,通过系列试验,分析波浪周期对系泊船舶横移、横摇和升沉运动的影响。研究结果表明,系泊船舶横移运动量总体上均随着波浪周期的增大而增大,横移运动对波浪周期的响应敏感程度是变化的;系泊船舶横摇和升沉运动量均随着波浪谱峰周期的增大先增大然后减小,当波谱谱峰周期与相应的船舶固有周期接近时,横摇和升沉运动量均出现了一次峰值。     

流体黏性对迎浪航行船舶运动和波浪增阻的影响

对在规则波中迎浪航行的大型油轮KVLCC2船模,为了研究流体黏性对船舶运动和水动力的影响,分别采用求解RANS方程和求解欧拉方程的方法,应用CFD软件STAR-CCM+对黏性流场和无黏流场进行了数值模拟。采用GCI方法对数值不确定度进行了分析,验证了数值方法的有效性;采用湍流模型和无黏流模型对船舶在一系列波长的波浪中的运动和水动力进行了数值预报,并将数值结果与现有实验数据进行了比较。结果表明,流体黏性对船舶运动影响很小,对共振状态附近的波浪增阻有一定的影响。总体上,对船舶迎浪航行流场的数值模拟,忽略黏性能保证一定的计算精度而提高计算效率。     

波浪对水翼非稳态空泡流动特性的影响研究

基于雷诺平均Navier-Stokes方程、Singhal-Et-Al全空化模型和修正的RNG k-ε湍流模型的VOF多相流动数学模型,采用PISO算法的有限体积法和数值水池技术,对波浪作用下NACA0012水翼的非稳态空泡流动特性进行了数值研究,分析了波高和水翼浸深对水翼非稳态空泡的形态演化和脱落频率的影响.计算结果表明:空泡非稳态周期性脱落频率随波高的增加而增加,随水翼浸深的增加而逐渐减小.与无波情况相比,空泡在波谷处提前断裂,空泡形态也因为波谷下方速度场的影响而向上鼓起.由于自由液面的界面效应,空泡形态较无界情况偏扁,并且液面对脱落涡系有吸引作用.     

波浪作用下系泊船舶运动计算

港内船舶泊稳条件是港口设计中的一个决定因素。但到目前为止,国内外港口工程设计规范对港内泊稳标准无统一规定。由于波浪引起的船舶运动与波周期、波高及船舶频率响应特性等因素密切相关,因此不能单一地以波高或船舶运动量作为泊稳标准。本文讨论了将STF（Salvesen—Tuck—Faltinsen）法与简单格林函数法结合汁算透空式码头前的船舶运动特性,试图为此问题提供一种解决工具。与其它文献、试验数据的比较表明,本文计算值吻合良好。     

多向聚焦波浪作用下直立圆柱受力的实验研究

利用波能聚焦的方法在水池中模拟产生多向聚焦波浪,研究了多向极限大波作用在垂直圆柱上引起的波浪力的特点。实验中研究了不同的波浪参数,如聚焦波幅、谱峰频率、频率宽度和方向分布等多向聚焦波浪对圆柱作用的影响,并将实验结果与二维实验结果进行了比较。结果表明聚焦波浪参数对圆柱作用力具有明显的影响,并且实验结果与二维规则波结果相当,但比二维聚焦波浪实验结果要小。     

波浪作用下悬移质泥沙运动的两相流数值模型

该文采用基于水沙两相紊流的数值模型对波浪作用下的悬移质泥沙运动进行研究。基本方程中将水相和颗粒相通过相间作用力进行耦合,合理地考虑了相间相对运动的影响。数值计算方法为有限体积法,对流项处理利用了三阶精度的QUICK格式,离散方程组求解采用的是TDMA迭代方法。计算得到的悬移质泥沙垂线时均计算值与不同尺度的水槽实验数据吻合很好,表明数学模型及其计算方法对于低浓度水沙两相问题是合理的。该研究还探讨了悬沙浓度、泥沙沉降速度以及各种相间作用力随时间的分布规律。     

波浪群性作用下系泊船运动响应和统计特征值分析

码头前系泊船的运动响应与缆绳张力对于码头的运营安全至关重要。波群对系泊浮体波浪载荷特性不同于普通的随机波浪,具有一定的特殊性。该文对两种模拟波群方法进行了讨论,分析了两种模拟波群方法的特点以及群性与波浪统计特征值之间的关系。在此基础上开展了群性波浪作用下系泊船的运动响应研究,得出了谱峰因子?、群高参数GFH和群长参数GLF与波浪特征波高的变化规律。     

太湖湖流对波浪的影响机制研究

根据基于动谱平衡方程的SWAN模型和湖流三维模型,分别对太湖波浪和湖流的生消过程进行了动态模拟,并研究了太湖湖流对波浪的影响。结果表明:湖流模型和SWAN波浪模型可以较好地模拟风作用下太湖湖流和波浪的生成和传播过程;太湖流场对波浪场具有一定影响,风速越大,影响越显著,同时也受风向影响;沿岸区波浪受湖流影响更加显著;湖流对波浪的影响基本上呈现湖流波浪同向时,有效波高增大,波速增大,波长增长;反向时有效波高减小,波速减小,波长缩短的特征。     

淤泥对波浪衰减作用的数值模拟

作者建立了波浪-淤泥相互作用数学模型并利用模型分析了淤泥床面上波浪的衰减特性。与以往的波浪淤泥相互作用模型相比，本文模型引入了淤泥床面上波浪边界层以及波浪紊动的变化特性。模型结果与实验数据相比有较好的一致性。模型分析了波浪边界层厚度，泥层Stokes边界层厚度以及泥层振幅相位滞后与波浪衰减率之间的相关关系，并给出了波浪衰减率达到最大时各参量的变化范围。     

波浪作用下淤泥质底床泥体输移

建立了用于模拟波浪运动的水体引起底床软泥层振荡并导致泥体输移的垂向二维数值模型。该水-泥模型中应用了一个半经验的非线性的淤泥流变模型,该流变模型表达了淤泥体在循环剪切外力(波浪)作用下其应变及应变率与应力关系的显著的滞后回线特征。数值处理技巧上,为提高数值格式对水-泥界面附近流动的分辨力,较好地再现界面附近速度梯度大的流动特点,垂向网格方法是在水-泥界面的两侧区域均采用对数网格。模型验证是通过计算水波波高衰减率和底床软泥体输移速度,并与有关的实验测量数据进行比较。     

波浪斜向入射对斜坡作用的研究

目前,国内、外对波浪斜向入射时,斜坡上所受的最大波压力及其作用点的研究,尚未见成果,而工程实践又急需理论指导。鉴于这种情况,本文对此进行了详细的试验研究,拟合出的经验公式和三维曲面图直观地表达了单宽斜坡上最大波压力随入射角的变化规律,以及随波长的变化趋势。     

波浪正向入射对斜坡作用的研究

本文通过大量的室内试验深入研究了波浪正向入射时,光滑斜坡上最大波压力的变化趋势,拟合出的变化规律与前苏联规范公式基本吻合,而且对两者的差别也作了合理的解释。同时,首次找出了最大波压力随波长变化的初步规律。     

波浪作用下双孔射流压强特性试验研究

管道污水向海排放是一种典型的射流运动形式。在射流前行的过程中,波浪所引起的水体往复运动明显制约了射流的形成与发展,射流与波浪的相互作用的研究相对较少。利用数字压力传感器对波浪作用下双孔射流进行物理模型试验研究,分析波浪作用下双孔射流横断面压强分布及轴线衰减规律。试验结果表明:波浪条件下双孔射流横断面压强分布规律与静水条件相似,但是波浪条件下的射流压强大于静水条件下的射流压强,波周期越大,压强峰值增加越大;双孔射流的发展经历了单孔主导、双孔射流间的吸附和混掺、合并等过程;单孔主导区,射流压强分布与静水条件相似;吸附和掺混区,各孔衰减呈现出差异,第1孔与单孔射流类似,第2孔压强衰减较第1孔小,合并区双孔射流已为一股射流,其水动力特性与单孔射流类似;波浪对双孔射流的混掺合并有促进影响,随着周期的增大这种促进作用有增强的趋势,波周期的增大也使得射流合并断面提早出现。表明波周期对射流压强特性有显著影响。     

平壁对空泡运动的影响研究

在全面考虑壁面对空泡运动粘悸阻力和升力影响的基础上，建立了空泡在近壁区内的运动微分控制方程，通过频谱分析，考察了壁面的存在对空泡频率响应特性和湍强度等方面的影响，并与壁面对固体颗粒运动和影响进行了比较 。     

基于波浪动力效应的泥质河床作用特性研究

针对河床泥质属于非牛顿流体,其受波浪效应影响较为复杂的问题,通过分析波浪的作用过程和机理,从泥质粘性、弹性以及塑性角度分析泥质受波浪动力效应影响的运动特征和迁移规律。结果表明：波浪动力效应使泥质悬浮、运输、沉积;在粘性、弹性和塑性因素下,底泥迁移规律复杂,泥层较薄时的受迫振动是主要影响因素,波压驱动则是影响深层泥质的重要因素;波高越大,物质输移速度越快,波高衰减率基本稳定,河床底泥受到临界波高的影响突出。     

波浪驱动下箱式浮体运动响应及受力的数值研究

为揭示波浪驱动下箱式浮体运动响应及受波浪力的影响机制,采用Smoothed Particle Hydrodynamics(SPH)方法对不同Keulegan-Carpenter(KC)数工况下单个浮体的运动响应及所受波浪力、不同浮体间距δ工况下2个浮体的运动响应进行了系统研究.结果表明:KC数越大,单个浮体的运动响应越...