波浪对非淹没水平圆柱作用的数值分析

该文选取URANS方程为控制方程结合k-?湍流模型,采用Level-Set方法追踪自由面,建立一种用于研究波浪与非淹没水平圆柱作用问题的二维数值模型。运用该数值模型对较小KC数条件下波浪与单个以及两个串联非淹没水平圆柱作用问题进行深入的探讨。结果表明,在单个非淹没水平圆柱工况中,不同波幅以及淹没深度条件下数值模型对水平圆柱竖直方向波浪力随时间的演化曲线做了准确预测,并揭示了波幅以及淹没深度对圆柱波浪力的影响规律;在两个串联非淹没水平圆柱工况中,圆柱间距对上游圆柱波浪力的影响较为明显:圆柱间距较大时,上游圆柱波浪力的大小以及演化规律与单个圆柱工况相近;而圆柱间距较小时,上游圆柱波浪力负向峰值明显增加。     

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。     

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。     

应用时域格林函数方法模拟有限水深中波浪对结构物的作用

该文采用时域内满足自由水面条件的格林函数方法对无限和有限水深中波浪与任意形状三维物体相互作用所产生的绕射和辐射问题进行了理论研究和数值计算。建立了不包含自由水面积分的积分方程,消除了自由项系数。文中计算了各种形状三维物体在无限水深和有限水深情况下所受到的绕射和辐射波浪力,并与解析解以及频域理论进行了对比,结果符合良好,验证了本文所提理论的正确性。     

孤立波作用下破碎区单圆柱附近流动特性数值研究

为了合理分析孤立波作用下破碎区单圆柱附近的水流结构以及圆柱受力特性,该文利用OpenFOAM开源程序求解基于Navier-Stokes方程的三维数值模型,该模型采用S-A IDDES湍流模型,使用修正的VOF方法捕捉自由液面。研究发现,该数值模型能合理捕捉到孤立波与圆柱相互作用过程中复杂的液面形态变化;圆柱附近自由液面沿柱面呈三维分布,上爬过程的柱前雍高显著大于回落过程的柱后雍高;回落过程中柱前形成的尾涡在强度和范围上大于上爬过程中柱后形成的尾涡;圆柱表面的动水压强随水深的增长呈近似线性增长,最大值位于上爬过程中最大雍高时刻的迎浪点位置;圆柱所受的波浪力与柱面附近自由液面雍高历时相符,且上爬过程圆柱受到的波浪力明显大于回落过程。     

小尺寸双柱式桥墩波浪力的数值分析

Morison 方程适用于小直径孤立柱的波浪力计算,对于双柱式桥墩的波浪力计算已不能直接采用 Morison 方程。为了能利用 Morison 方程求解双柱式桥墩的波浪力,定义了双柱式桥墩前柱、后柱及整体结构的波浪力干扰系数。采用线性波浪理论,利用推板式造波方法模拟线性波,将 ANSYS Workbench平台作为 FLUENT 和 ANSYS 的数据传递平台,对深水环境下双柱式桥墩受到的波浪力以及波浪场作用下双柱式桥墩的结构变形进行单向流固耦合数值模拟。数值模拟结果表明,双柱式桥墩前、后柱波浪力的干扰系数在一定柱距范围内均随柱距的增大近似的成线性增大,当柱距超过一定值后趋于稳定。由于双柱间存在相位差,双柱墩波浪力的总干扰系数以及双柱墩的结构变形却随着双柱中心距的增大而减小。这些变化曲线为实际工程中深水桥梁双柱式桥墩的波浪荷载计算提供了一种更为简便的算法。     

几何非对称桩基结构波浪力归一化经验公式研究

该文研究的对象是非圆柱单桩结构和非对称分布群桩支撑结构。对非圆柱单桩结构进行了实验研究,发现结构所受波浪力与结构波向长宽比有关。对非对称布置的四桩柱和七桩柱桩基结构进行数值波浪力计算研究,发现结构柱间距越大,几何非对称性对结构所受波浪力影响越小。基于实验和数值计算结果,提出了非对称系数和结构面积率这两个几何影响参数,并通过它们拓宽了原用于几何对称桩基结构的波浪力经验公式的范围。     

计算域中存在直立岛式结构物时波浪传播的数值模拟

针对计算域中存在直立岛式结构物的复连通区域,提出了岛体边界条件,利用缓坡方程建立了在计算域中存在直立岛式结构物时波浪传播的数值模拟模型。模型适用于变水深水域问题,克服了解析解只能适用于等水深水域的不足。直立圆柱和无穷小厚度岛式防波堤周围波浪传播的数值算例表明,数值解与解析解吻合良好,说明所建立的数值模拟模型能有效地模拟复连通区域内的波浪传播。矩形固定式防波堤周围波浪场的数值模拟说明该模型对工程实际有较强的适应性。     

规则波对大直径群桩作用的数值模拟研究

多桩柱结构在海洋工程中应用广泛,大直径群桩效应使得桩柱所受到的波浪力与单桩大为不同。首先使用基于势流理论开发的三维水动力分析程序DIFFRACT计算了单个圆柱和双圆柱所受到的波浪力,通过与相应解析解的对比验证了数值结果的准确性。进一步分析了大尺度多桩柱结构在规则波中所受的波浪力。群桩间的水动力相互作用使桩群中每个圆柱所受的波浪力存在多个峰值,其最大值可达单个圆柱所受波浪力的2.30倍,并且最大波浪力圆柱的位置受桩群布置的影响。     

波流相互作用下沿垂向的水流结构及其实验验证

本文研究了波流相互作用情形下波浪对水平流速沿垂向分布的影响。作者从Navier Stokes方程出发，用涡动粘滞系数模型来封闭波流相互作用下的流动方程，提出了一个求解整个水深内的断面流速分布的方法。理论计算与实验结果基本一致。     

沉入式大圆筒结构入土深度计算方法研究

沉入式大圆筒结构是一种适用于软土地基的新型港口与海岸水工建筑物。本文在由水平力和力矩平衡条件建立的入土深度计算方法的基础上，进一步考虑竖向力平衡条件，建立了沉入式大圆筒结构满足稳定性要求的新的入土深度计算方法。针对一工程实例的设计条件，研究了土性指标取值、波浪力大小和竖向力平衡条件对沉入式大圆筒结构稳定性(入土深度)的影响。结果表明，土性指标和波浪力对大圆筒结构的稳定性均有显著影响，且土性指标的影响大于波浪力的影响；当竖向力较大时，竖向力平衡条件对大圆筒结构的稳定性也有较大影响。建议在实际工程设计中，应准确选取土性指标，并采用考虑竖向力平衡条件的稳定性计算方法。     

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。     

A 3-D numerical study of solitary wave interaction with vertical cylinders using a parallelised particle-in-cell solver

This paper aims to provide a better understanding of the interaction between solitary waves and vertical circular cylinders. This is achieved via process based numerical modelling using the parallel particle-in-cell based incompressible flow solver PICIN. The numerical model solves the Navier-Stokes equations for free-surface flows and incorporates a Cartesian cut cell method for fluid-structure interaction. Solitary waves are generated using a piston-type wave paddle. The PICIN model is first validated using a test case that involves solitary wave scattering by a single vertical cylinder. Comparisons between the present results and experimental data show good agreement for the free surface elevations around the cylinder and the horizontal wave force on the cylinder. The model is then employed to investigate solitary wave interaction with a group of eleven vertical cylinders. The wave run-up and wave forces on the cylinders are discussed.     

A METHOD FOR THIRD ORDER FORCE ON AXISYMMETRIC BODIES

1.　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｔｗａｓｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎｍｏｄｅｌｔｅｓｔｓａｎｄｐｒｏｔｏｔｙｐｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｔｈａｔｔｅｎｓｉｏｎｌｅｇｐｌａｔｆｏｒｍｓ(ＴＬＰ′ｓ)ａｎｄｇｒａｖｉｔｙｂａｓｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ(ＧＢＳ)ｅｘｐｅｒ...     

内孤立波环境下柱体的受力特性

针对以往孤立波对柱体作用研究多只针对柱体的整体受力开展,少有研究精细获取柱体不同部位受力特性的问题,借助三维大涡模拟(LES)数值波浪水槽,通过提取柱周流场及压强分布,得到柱体所受压差阻力及黏滞力的垂向分布,对柱体在孤立波环境中的受力特性进行了分析,并采用多元线性回归分析,构造综合影响参数分析了柱体受力特性,构建了柱体受力系数经验表达式。结果表明:上下层水体中方柱所受压差阻力约分别为圆柱的1.5倍和3.5倍;作用于柱体上的黏滞力比压差阻力小1或2个数量级,可忽略流体的黏性效应;综合影响参数与相对波幅正相关,与上下水深比负相关。     

大尺度柱状结构物波流荷载研究

大型深水工程往往面临水深、浪大以及流急等复杂自然条件,将受到巨大的水平波流力,在工程设计中需准确考虑波流力的大小.通过在波流水槽进行圆柱、方柱和矩形柱波流力系列试验,进行大尺度柱状结构物波流荷载研究,同时建立数学模型,应用边界元法求解大尺度柱体上的波浪荷载,编写了Fortran程序计算波浪力,运用柱体绕流理论计算水流力.对比分析试验结果和数值计算结果提出了波流力工程计算方法:对于深水大尺度柱状结构物波流力可由波浪力线性迭加水流力再乘以1.04得到,计算中波浪要素采用水流影响下的要素,水流力采用柱体绕流求得.按此方法计算波流力,并与物理模型试验结果进行对比,两者误差较小,满足工程设计的精度要求.     

EXPERIMENTAL STUDY ON THE SECOND-ORDER DIFFRACTION WAVE PRESSURE AND FORCE ON A CIRCULAR CYLINDER UNDER STOKES WAVE ACTION

This paper presents the model test to measure the second-order wave pressureand forces on a circular cylinder fixed in Stokes wave with a given draught.The distributions ofsecond-order oscillating and steady wave pressure on the wet surface of the cylinder and secondorder oscillating wave forces were obtained in this test,but the second-order steady wave forcewas not able to be measured due to its very small magnitude.The test results also show thatthird-order wave force may be greater than the second-order force when wave frequencies arehigh.The experimental results were compared with the corresponding calculation results of Ref-erence[3].