水闸波浪要素计算的探讨

波浪压力是水闸设计中必须考虑的荷载之一，选择较为合适的波浪要素的计算方法，直接影响着波浪压力的大小。根据常用方法的适用范围，结合山东省水利工程特点，选择莆田试验站公式进行计算，并用计算机进行计算和绘图，通过工程实例证了该程序的可靠性和实用性。     

基于水动力-结构模型的波浪载荷计算方法

为了更精确地计算分布于结构网格上的水动压力,提出了一种与结构分析协调的波浪载荷计算方法。依据线性势流理论,采用三维频域波浪载荷计算方法,建立了水动力-结构模型的边界积分方程求解结构网格控制点的速度势,实现水动压力在结构单元上的直接计算。开发了适合通用有限元分析软件MSC.NASTRAN的波浪压力直接计算及自动加载程序。最后,对某补给船进行了水动力计算和结构分析,对比结果表明,研究方法可以很大程度上改善结构模型的平衡性,使结构响应结果更合理可靠,具有较大的工程实用价值。     

悬臂式钢闸板在波浪荷载作用下动力响应分析

将平面闸板简化为二维悬臂梁,然后将二维悬臂梁的动力响应方程及求解过程进行C语言编程,作为FLUENT计算的动边界条件,进行波浪荷载计算,求出整个耦合过程中作用于悬臂梁的动水压力的时间历程,再将该二维动水压力作为三维有限元模型的动压力输入,从而求出结构在波浪荷载作用下的三维流固耦合解．分析结果表明：悬臂式钢闸板组合防洪墙在波浪荷载作用下钢闸板的动态响应微弱,安全可靠;流固耦合迭代计算方法可以充分利用现有的大型软件ANSYS和FLUENT进行复杂结构的流固耦合问题的计算分析,具有工程实用性．     

波浪能浮体在不同波况下的波浪砰击特性

为研究波浪能浮体的波浪砰击特性,采用模型试验方法,通过改变波浪参数,研究浮体受到的砰击压力特性;采用数值仿真的方法,对于相同浮体模型进行流固耦合分析,研究波浪能浮体的结构耦合响应.试验和计算结果表明:浮体受到波浪的底部砰击和侧面拍击压力在周期为1.5 s左右时明显大于其他周期;随着波高增大,底部砰击作用的位置沿浮体径向...     

半潜式采油平台波动压力分析

本研究依据波浪辐射和绕射理论,采用高阶边界元方法并考虑了半潜式采油平台几何形状的对称性,得到了特征波向和波浪频率下半潜平台湿表面的流体波动压力分布。研究中首先将半潜平台有限元建模、运动参数计算以及边界元数据输出统一成一个有机整体,并在半潜平台的复杂直角边和角点处发展了双重和多重节点重置的新方法,该方法极大的提高了波浪压力分析的准确性和高频波浪计算的数值稳定性。     

FPSO型采油平台波浪漂移力的分析研究

波浪平均漂移力是指由于波浪的一阶运动产生的二阶波浪力.对于系留状态的船型采油平台FPSO系统,不同波向波浪作用下、FPSO系统所受到的纵荡、横荡以及首摇方向的波浪平均漂移力是设计其锚泊系统的重要依据.为了计算FPSO系统一阶波浪辐射和绕射问题,采用高阶边界元方法并考虑FPSO形状的对称性;波浪平均漂移力则运用近场解法在湿表面上直接进行压力积分获得.与常数单元方法相比,该方法具有很高的精度,特别是对于高频波浪能得到可靠的收敛解.     

波浪中浮式生产储油船(FPSO)的运动与荷载计算

应用线性化Weibull概率密度函数分析得到设计波参数和根据三维源汇分布方法建立浮体运动与波浪荷载计算方法,完成了一浮式生产储油船（FPSO）在波浪中的运动响应和船体表面水动力压力分布以及总体荷载的概率特性的计算．该计算结果可用于基于耐波性的FPSO船体型线优化,以及作为船体强度有限元分析和系泊系统设计的根据。     

方形波浪中船舶运动特性及安全航行策略

为了研究船舶在多向波与单向波中运动响应的差异性,基于计算流体动力学(CFD)方法和流体体积法（VOF）造波技术建立方形波浪的数值模拟方法. 采用动量源方法和强迫波力进行波浪叠加模拟方形波浪,采用重叠网格技术和动态流体物体相互作用（DFBI）模块研究S175船型在不同参数方形波浪中的运动响应,并将船舶在双向波浪和单向波浪中的运动响应进行对比分析,探究船舶在方形波浪场中不同航线下的运动特性. 研究表明,在大部分工况下,方形波浪中的船舶运动响应及甲板上浪较单向波浪中的大幅增加,其中船舶在方形波浪中出现明显的横摇运动,但合理选择航行路线可以使得船体运动及甲板上浪显著降低,从而提高船舶在方形波浪中的航行安全性, 为船舶遭遇方形波浪时的安全航行提供建议.     

波浪对结构物的冲击作用的数值模拟

通过无反射数值波浪水槽研究了周期波浪对浪溅区结构物的冲击作用。控制方程为雷诺时均方程,采用k-ε紊流模型及在近壁区应用壁函数。建立了适合VOF方法的水体与结构物接触与分离的数值边界条件及动量方程的对流项采用了三了介迎风差分格式以消除数值粘性的影响。通过对不同波浪参数、结构物尺度、结构物与静水面的距离等情形的数值计算成果的比较分析,得到了波浪对结构物底面的冲击压力分布特征,讨论了结构物离开水面的距离S等参数对波浪冲击压力的影响,通过数模得到了波浪对位于浪溅区结构物底面的波浪冲击压力幅值及沿底面分布的定量结果。     

基于Morison方程分层积分计算悬浮隧道的波浪力

为了研究计算悬浮隧道波浪力随高度的变化规律,根据悬浮隧道的特点,结合Morison方程,提出沿悬浮隧道高度进行分层积分的方法来计算悬浮隧道水平波浪力和竖直波浪力,并将计算结果与采用传统的直接取用其水平轴线的波浪速度和加速度及相应的阻水面积来计算其波浪力（简称简化法）计算结果进行比较,同时研究悬浮隧道直径、放置深度、波浪周期等因素对两者计算差异的影响,最后还进一步用线性波和二阶Stokes非线性波计算理论分析讨论波浪周期对波浪力的影响.结果表明,所提出的分层积分法的计算值与简化法计算结果在隧道直径或高度在25 m以内、波浪周期大于9 s时,两者最大误差在3%左右,即简化法带来的误差一般可以忽略.而Stokes波浪理论计算的悬浮隧道波浪力要大于线性波浪理论值,当波浪周期大于12 s时,两者最大误差在3.9%左右,因此,对于平坦波有必要采用高阶Stokes波浪理论进行校核.     

钻井液压力波传输过程压力脉动问题研究

采用波动模拟法研究钻井液压力波传输过程的压力脉动问题,给出压力波在钻井液管道特别是弹性异径管——水龙带内传输时压力脉动振幅的计算模型.实例计算证明,压力波传输过程中压力脉动分布情况随管段长度和假想管路端位置变化而变化,且压力波速的急剧降低以及异径点处的能量损失是导致压力波信号经过水龙带后检测质量下降的主要原因之一.最后给出压力波传输过程中传感器设置的具体优化措施.     

通流式气波转子性能试验研究

气波转子是利用气波来传递能量的一种压力交换装置,已成功应用于内燃机及燃气轮机上.为研究通流式(through-flow,TF)气波转子特性,重新设计了定子,搭建了试验台架,并完成了TF气波转子的性能台架试验.进行了不同转速、不同温度、不同压力工况下的性能试验.结果表明,提高气波转子能量入口处的压力和温度有利于提高其性能,TF气波转子的最佳转速为13 000 r/min左右.试验结果表明该TF气波转子结构基本合理,能提高进气压力,最大压比可达2.0.     

热机循环的时序波型分析

热声热机是一种新型热机,与经典热机一样都是一种周期性的振荡结构,依据其波动特点可分为驻波型、行波型和行、驻混合波型,从波动特性出发,分析了周期性振荡结构的热机的示功图特点,压力、体积振荡的相位决定了循环的方向和示功图的丰满程度,驻波型的热声机由于热声器件的影响而发生相位偏离,从而具有了能量的传递与转换能力;而行波型热声机也由于热声器件的影响发生相位偏移,使波动结构中具有了一定的驻波成份,经典热机中不存在纯粹的驻、行波结构,而是2种波型的混合;只是由于卡诺循环接近于驻波相位,所以示功图狭长,而斯特林、布雷顿循环接近于行波相位,所以示功图比较丰满,热声热机与经典热机一样都是行、驻混合波型,从而通过周期振荡特点以及热力学循环,为经典热机循环和热声热机循环建立起联系的桥梁．     

基于小波分析的输油管道泄漏点定位研究

将小波分析方法应用在输油管道的泄漏点检测中,分析了压力波监测基本原理和小波消噪的基本原理;使用小波分析对泄漏时压力波突降点进行捕捉分析,进而确定管道泄漏点的准确位置。分析结果表明,小波分析可以有效地定位泄漏点。     

波浪作用下岸坡泥沙起动机理初探

波浪在库岸边坡破碎时,由水体紊动、破波压力和波能产生的上举力使库岸泥沙颗粒处于悬浮起动状态,并在沿岸坡向的破波回流作用下被带走,最终造成库岸边坡的冲刷变形.在实测各向破波压力和岸坡变形的基础上,得到了波浪作用下岸坡泥沙起动公式,并对其进行了修正.     

高地应力下砂岩力学参数和波速变化规律试验研究

基于波动方程,提出一种砂岩的纵波波速与静水围压关系的数学模型。在岩石常规三轴试验的基础上得到不同静水围压下砂岩的静弹性模量、静泊松比和纵波波速,并分别拟合得到静弹性模量-静水围压和静泊松比-静水围压关系的拟合曲线和拟合公式。试验结果表明,砂岩的静弹性模量和静泊松比随静水围压的增大而增加,且静弹性模量增加速率缓慢减少。基于波动方程求解得到纵波波速-静水围压关系的数学模型,利用数学模型计算得到的纵波波速可知,砂岩的纵波波速随静水围压的增大而增大,且增加速率逐渐变缓。计算得到的纵波波速与试验测得的纵波波速进行对比验证,误差范围为7.0%~8.3%,故基于波动方程求解的砂岩纵波波速-静水围压关系的数学模型可靠性和准确性较高,对高地应力下岩石的物理力学参数和波速变化规律的分析判定具有指导意义。     

Experimental research on characteristic of start-up pressure wave propagation in gelled crude oil by large-scale flow loop

In order to research start-up pressure wave propagation mechanism and determine pressure wave speed in gelled crude oil pipelines accurately,experiment of Large-scale flow loop was carried out.In the experiment,start-up pressure wave speeds under various operation conditions were measured,and effects of correlative factors on pressure wave were analyzed.The experimental and theoretical analysis shows that thermal shrinkage and structural properties of gelled crude oils are key factors influencing on start-up pressure wave propagation.The quantitative analysis for these effects can be done by using volume expansion coefficient and structural property parameter of gelled crude oil.A new calculation model of pressure wave speed was developed on the basis of Large-scale flow loop experiment and theoretical analysis.     

高速铁路地下三岔口隧道压力变化数值模拟

为了研究高速铁路地下三岔口隧道内的空气动力学压力场,给出列车穿越地下车站时压力变化的三维黏性流场数值模拟过程.研究结果表明:列车从双线隧道过渡到单线隧道时,双线隧道内同一个测点的最大压力要大于列车从单线隧道过渡到双线隧道时产生的压力;而列车从双线隧道过渡到单线隧道时单线隧道内同一个测点的最大压力要小于列车从单线隧道过渡到双线隧道时产生的压力.其次,在过渡段内,隧道横断面越大,最大压力值越小,且与列车的运行方向无关.当列车会车于过渡段中部时,隧道内压力变化的最大值明显比单线隧道穿越过渡段时的要大很多,但不会达到2倍.     

各向同性介质中地震压力波的格子Boltzmann模拟

给出了一种新的用于模拟地震压力波的格子Boltzmann模型。通过使用压力分布函数的Chapman-Enskog展开和多重尺度技术,给出了地震压力波方程的高阶矩。利用这个模型,模拟了各向同性介质中多震源引起的地震压力波的运动以及单震源在不同参数的各向同性介质中的地震压力波的运动情况。通过与有限差分方法的数值结果进行比较发现该结果与有限差分方法的结果吻合很好。     

Experimental study on atomization phenomena of kerosene in supersonic cold flow

Experiments were conducted to study the atomization phenomena of kerosene jet in supersonic flow. The kerosene jet was driven by compressed nitrogen. Meanwhile, the shadowgraph and planar laser-induced fluorescence (PLIF) were used to visualize the flow field in the case of different total pressure and jet pressure. The results imply the followings: The combination of shadowgraph and PLIF is a reasonable method to study the atomization phenomena in supersonic flow. PLIF can detect the distribution of kerosene droplets accurately. Shadowgraph can visualize the wave structure. Higher jet-to-freestream dynamic pressure initiates higher penetration height and the jet column will be easier to breakup and atomize, but it also induces stronger shock waves and aggravate total pressure lost. Three-dimensional, unsteady surface wave plays an important role in making the jet break up and atomize. Higher jet-to-freestream dynamic pressure will accelerate the development of surface wave and enlarge the amplitude of surface wave, while lower jet-to-freestream ratio will inhibit the development of surface wave. Supported by the Fund for the Application of the Combination of Plif and Schlieren Methods in the Study of Mixing Enhancement by Newtype Cavity in Supersonic Combastion Field (Grant No. 10402040)