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。     

二阶波浪力作用下漂浮式风力机Spar平台的动态响应分析

平台结构的稳定性是海上漂浮式风力机安全运行的基本保障。本文建立基于OC3-Hywind Spar Buoy平台的NREL 5 MW漂浮式风力机整机模型,采用辐射绕射理论结合二阶传递函数(QTF)的方法,借助ANSYS/AQWA分析二阶波浪力对Spar平台动态响应的影响。并从频域角度对比一阶、二阶波浪力对平台的作用,从时域角度分析风、流和二阶波浪力联合作用引起的慢漂响应和一阶波浪力引起的波频响应。结果表明:同一自由度方向的差频QTF与和频QTF的变化趋势大体一致;平台所受二阶波浪力较一阶波浪力小一个数量级;二阶波浪力对不同自由度的动态响应影响不同;时域动态响应由波频响应和慢漂响应组成,其中波频响应是均值为零的往复运动,慢漂响应是长周期的漂移运动。     

二维半理论的船舶运动及波浪增阻计算适用性研究

波浪增阻是计算船舶能效指标中气象因子w_f的关键。该文基于二维半理论(又称高速细长体理论)实现了船舶运动响应预报并采用辐射能量法开发了波阻增加计算程序。通过对不同航速下Wigley III和S175船的水动力、运动和波浪增阻的细致计算与分析,并与切片理论和三维航速修正法求解的结果及试验值进行了比较,验证该方法的可靠性和适用性。研究表明二维半理论适用于船舶运动与波浪增阻的计算,相较于工程上常用的切片理论和航速修正方法,计算结果准确性适用性更高,为船舶波阻增加预报提供了快速有效的手段。     

计及定常流的三维物体的辐射问题

本文对在波浪中以定常速度般行的物体建立了拟线性理论，在此基础上采用基本源法，利用高边元划分网格，计算了有定常航速物体的附加质量和阻尼系系数，从与实验值及其它计算方法的计算值的比较可看出，本文提供的计算方法是成功的。     

不规则波浪中任意三元零航速物体的二阶力计算

本文以势流理论为基础,系统地叙述了不规则波浪中零航速物体的低频、高频二阶力、力矩及其响应函数计算的基本理论、计算公式,以及用三元有限基本解方法进行数值计算的方法,最后给出了计算实例。 本文的工作包含如下三个方面:(1)给出完整的二阶力和二阶力矩计算公式;(2)给出任意平面四边形S_j上精确的∫∫_(S_j)(1/r)dS计算公式,而其他文献仅给出特殊形状的S_j上的计算公式,对一般平面四边形还需修正,才能得到近似值;(3)对具有对称面的物体,本文采用了循环矩阵方法来解方程,不仅提高了速度,而且节省了内存。     

三维浮体二阶辐射问题的实时模拟

采用二阶时域理论对任意三维物体的非线性波浪问题进行了研究。对自由表面边界条件和物面边界条件进行了Taylor级数展开，Stokes摄动展开用于建立相应的一阶和二阶边值问题，而且此边值问题的计算域不随时间变化。使用基于B-样条的边界元方法计算每一时刻的二阶波浪场，二阶自由表面边界条件在时间上进行数值积分。在自由表面加一个人工阻尼层以避免波浪的反射。对二阶物面边界条件采用数学手段，推导出一个没有二阶空间导数的表达式，以便于计算。本文对强迫正弦垂荡和纵荡运动的截断圆柱进行了计算，讨论了漂浮结构的二阶水动压力影响，计算结果与已有结果十分吻合。     

浅海底座的波浪扰动力

在中国船舶科学研究中心的波浪水池中完成了浅海底座波浪扰动力模型试验。 最近Chakrabarti发表论文介绍了一个浅海底座波浪扰动力的模型试验,在他的实验中由于测试技术的需要必须在浅海底座模型与波浪水池池底间保留一个间隙,其后果是由于间隙的存在导致波浪垂向扰动力大幅度下降。为此Chakrabarti提出了有间隙底座(OPen-bottom)波浪扰动力的计算方法。 为了解决这个测试技术上的问题,在我们的模型试验中采用了泡沫塑料软垫(重150g,厚3mm)封闭了底座间隙。我们认为:此试验状态更切合实际。此外,本文还给出了三维势流理论对无间隙底座的计算结果,并与模型试验实测结果进行了比较,其结果表明:理论计算结果与模型试验结果十分一致。     

波浪对三维浮体的二阶作用

本文通过求解二阶势的方法对波浪与任意形状三维物体的相互作用问题做了研究，波浪运动的二阶势应用高阶边界元方法进行计算，为了高阶边界元法的应用，本文给出了一个无速度势二阶空间导数，无奇异积分的新的积分方程。     

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。     

用三维时变雷诺方程模型模拟小尺度组合桩柱上的波浪力

该文以雷诺时均的Navier-Stokes方程为控制方程，用k-ε模型来封闭湍流模型，采用VOF方法来跟踪波动自由表面，建立了三维数学模型。然后对波浪与小尺度孤立柱的相互作用过程进行了数值模拟，得到了时变的波浪力，然后用实验资料进行了验证，并且和Morison方程的计算结果进行了比对。然后利用验证过的模型模拟了三维波浪场中两个不同间距的纵向排列的小尺度桩柱上所受的波浪力，得到了两个桩柱的干扰系数和间距的关系。计算方法和计算结果对此类结构物的设计施工有一定的参考价值。     

大直径多圆柱体近海结构上的二阶辐射水动力

本文提出了一种解析方法，用来研究由海底地面动力激励引起的大直么径双圆柱体上的二阶辐射水动力问题，文中分析了激励频率和柱距等因素对二阶水动力的影响，将二阶水动力的各组成部分做了比较，还将二阶水动力与一阶水动力作了对比，并由此得出了有意义的结论。     

数值波浪水池中航行船舶辐射问题的数值模拟

基于CFD方法,建立了数值波浪水池,就Wigley-Ⅲ船模在不同航速下摇荡运动辐射问题进行了数值模拟,给出了一种求解航行船舶辐射运动的水动力系数的方法.计算分析了船体相关模态运动的附加质量与阻尼,与势流理论结果、DUT(Delft University of Technology)的试验数据进行了比较,吻合良好.对比和研究表明,本文的方法比实验更易实现和控制,能细致描述船舶周围的流场,在船舶水动力性能的分析预报等方面具有广阔的应用前景.     

A METHOD FOR THIRD ORDER FORCE ON AXISYMMETRIC BODIES

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

高速船甲板上浪的水体流动与冲击

针对高速船舶的甲板上浪,综合考虑船体外飘、船艏波面升高、波浪传播与船体运动等相关因素的影响,采用势流理论计算和CFD技术相结合的方法,建立了计入整船运动的船艏上浪计算模型,计算模拟并分析了甲板上水体流动形态及其对甲板结构的冲击作用。计算中船体运动通过势流理论给定,势流理论计算通过用户自定义函数嵌入Fluent软件,并通过二次开发实现了上浪现象的模拟。文中就迎浪状态下高速行驶的S175船甲板上浪进行了三维数值模拟研究,结果表明甲板上水体的流动及其对结构物的冲击载荷与试验吻合良好,该方法能够对上浪机理给出较为清晰的描述,能够分析预报甲板上浪对浮体结构物的破坏作用,为工程应用提供了良好的方法和途径。     

波浪和水流对大直径圆柱的共同作用力

本文将波流共同对圆柱作用的速度势分成合模势（无自由表面的绕流速度势）、流兴波势和非定常波势三部分。忽略小量的流兴波势，考虑合模势对非定常波势的影响，用直接边界元法求出非定常波势，从而求出波流共同对圆柱的作用力，提出了沿流线的自由表面条件和波流共同作用下散射波的幅射条件。文中给出了波流对大直径圆柱作用力曲线，可供工程设计使用，适用条件是相对水深ｄ／Ｌ＞０．１５，相对流速Ｕ／ｃ＜０．２。     

波浪力计算中的一个新边界元方法

本文就波浪与结构物作用问题，提出了一个新的高阶边界元方法。较之Ｅａｔｏｃｋ Ｔｏｙｌｏｒ和Ｃｈａｕ的方法，本文在体内附助积分方程中应用了满足刚性水面条件和弱刚性底面条件的简单格林函数。计算速度相应地有所提高；漂浮结构的积分方程更为简洁；计算结果与Ｅａｔｏｃｋ Ｔａｙｌｏｒ和Ｃｈａｕ的方法具有几乎相同的精度和收敛速度。     

求解零航速物体水动力的简单Green函数方法

频率域中求解零航速物体水动力的简单Green函数方法的基本原理是将流场分成内场和外场,外场中的速度势通过特征函数展开写成解析表达式,内场周界上的速度势则利用边界积分方程求解,但选用的Green函数是简单的,即无界域中点源的速度势。这意味着在内场的整个周界都要布置奇点。内外场速度势在它们的交界面上用代入法连接。简单Green函数方法已成功地应用于二维、三维物体的一阶和二阶辐射、绕射问题,结果表明该方法具有很多方面的优越性。     

带空泡轴对称细长体水动力脉动的实验研究

为了研究带空泡轴对称细长体定常来流下的水动力脉动特性，本文对四种头体模型进行了不同攻角下的空泡水洞实验，记录了水动力系数的时间序列，并对其进行了小波分析。本文运用小波分析方法从水动力脉动频率特征的角度揭示空泡流的脉动特性，是对何友声等(1997)用高速摄影方法研究空泡脉动的补充。