波浪作物下的底沙运动

本文将Ｓｔｏｋｅｓ二阶波理论用于研究底沙运动，提出了改进的输沙率关系式，并运用波普法和特征波法及规则波作用下底沙运动成果，对不规则波作用下的泥沙起动和底沙输送进行了研究。     

波浪作用下涡动沙纹床面的悬沙运动数值研究

作者建立了波浪作用下的立面二维水沙数值模 型，并对涡动沙纹床面的悬沙运动进行研究。结果表明：悬沙颗粒的沉降速度较小时，其运 动受到涡动力特性的影响比较显著。而且在沙纹波峰断面和沙纹波谷断面，半个周期里都可 以观察到两个悬沙分布的峰值，主要是由于流动分离形成分离涡，涡运动携带泥沙颗粒而出 现峰值。计算成果在一定程度反映了涡动结构对悬沙运动的影响。     

波浪与潮流共同作用下二维泥沙数学模型

针对河口海岸地区波浪与潮流运动的特点,将波浪过程概化为潮周期中具有平均意义的波浪流要素,叠加到潮流运动方程中,以模拟长时段的水流运动及泥沙场的变化,建立了波浪与潮流联合作用下二维泥沙数学模型,包括贴体正交曲线坐标系下水流运动方程、非均匀悬沙、底沙输移方程、初始条件、边界条件、动边界技术及数值计算格式,引进前期含沙量的概念,得到了潮流挟沙能力公式,波浪作用下的挟沙能力采用窦国仁公式,浮泥挟沙能力采用罗肇森公式。计算的瓯江口、温州湾潮位过程与原型吻合良好,8个断面的46条垂线同步流速、流向过程计算值与实测值吻合较好。在此基础上,探讨了多连通域复杂边界条件下瓯江口拦门沙航槽开挖后潮流与风浪作用下悬沙、底沙与浮泥引起航槽回淤的模拟问题。     

应用地理信息系统研究长江口南港底沙运动规律

利用地理信息系统软件强大的数据输入和空间数据分析功能，将长江口南港1988年至2000年的海图数字化，通过最小距离内插得到栅格水深图，并且通过相邻两年海图对应位置水深值相减，得到河床冲淤变化图，在此基础上定量分析成形沙体的特征，河道容积变化、河道淤积部位和底沙输移路线、预测下一年河道淤积部位、输沙率等。研究表明GIS技术是定量研究底沙运动的一种有效手段，长江口南港近12年内河道发生淤积，底沙主要来自洪水和落潮流冲刷上游河床底部，再在下游堆积形成新的淤积体。长江口南港底沙输移趋势以进入下游南槽为主，少量进入北槽。     

波浪欣沙的动力学机理分析

本文从床面附近泥沙颗粒的运动特征出发，详细分析波作用下床面泥沙扬起的动力学机制，得到了波浪欣沙计算公式，计算结果与实测资料相吻合、研究表明淤泥质第岸泥沙颗粒的稳定性主要受制于颗粒间的粘结力和薄膜水压力，重力作用居于次要地位，因此泥沙颗粒越细越难以起悬。     

潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力的研究

本文将湍流猝发理论用于潮流与波浪共同作用下挟沙能力的研究。基于湍流猝发的时空尺度得到波浪和潮流作用下床面泥沙上扬通量 ,然后根据连续律 ,建立了平衡近底含沙量的理论表达式。进而根据波浪掀沙和潮流输沙的模式 ,推导得出了物理概念清晰和充分考虑床面附近泥沙交换力学机理的潮流和波浪共同作用下的挟沙能力公式 ,经过黄河口实测资料的验证 ,计算与实测符合良好。     

潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力研究评述

本文对国内外有关潮流和波浪作用下悬移质挟沙能力的研究成果进行了全面系统总结和分类，分析各类挟沙能力公式的优缺点。最后，指出只有系统地研究床面泥沙交换的微观机制，引入新的理论和方法才能使潮流和波浪作用下挟沙能力的研究取得较大的进展。     

V形贯底式防波堤上波浪作用力的解析研究

用解析方法计算V形贯底式防波堤在波浪绕射作用下周围流域任意点的速度势,研究波浪作用在V形贯底式防波堤上的波浪力。假定防波堤刚性、薄壁、不透浪、水深恒定。假想的圆柱面将整个流场划分为三个区域,分别在每个区域内将速度势用特征函数展开,然后在公共边界上按照速度连续,速度势连续的原则进行匹配,求得流域中任意一点的速度势和作用在V形贯底式防波堤上的总波力和总波力矩。数值结果给出了作用在防波堤上的波浪力随防波堤张角、入射波波长、入射角变化的曲线。结果表明:作用在V形贯底式防波堤上的波浪力与水深、防波堤的张角、入射波的波长等因素有关。     

太湖波浪特征参数反演计算

为研究声学多普勒流速仪(acoustic doppler velocimetry,ADV)测量的流速与水压数据在湖泊波浪特征参数反演中的适用性,在太湖梅梁湖和湖心区两个区域进行野外观测,利用预处理后的水压和流速数据进行傅里叶变换和转换获得表面波浪谱,取截断频率为0.03~0.5 Hz对表面波浪谱进行反演计算。结果表明,梅梁湾5月和湖心7月使用水压数据反演得到的有效波高分别为0.454 m、0.187 m,有效波周期分别为2.82 s、2.56 s;使用ADV流速数据反演计算得到的有效波高分别为0.451 m、0.181 m,有效波周期分别为2.82 s、2.62 s;与使用压力式方向波潮仪测得的有效波高(0.461 m,0.180 m)和有效波周期(2.77 s,2.60 s)非常接近且变化趋势基本相同,可见ADV的水压和流速数据可用来进行湖泊的波浪的计算。     

波浪作用下悬沙浓度垂线分布的研究

根据波浪作用下的泥沙悬浮机理,即影响泥沙悬浮的主要因素从近床面的紊动扩散逐渐过渡到自由表面的波动水质点周期运动,提出了全水深悬沙扩散系数的表达式,建立了悬沙垂向时均浓度分布的显式解析模型,并进一步讨论了参考含沙量和床面摩阻系数的合理取值。计算值与测量值的比较表明,该浓度分布模型与不同尺度的水槽实验数据吻合较好。     

非均匀沙推移质输沙率及其级配计算

本文根据水流功率理论,导出了非均匀沙推移质输沙率公式,并考虑了床沙运动的随机性及床面粗化对输沙率的影响;提出了推移质级配计算的公式。由非均匀推移质输沙率及其级配计算公式的计算值与作者、Samaga、Gilbert试验值及长江新厂(二)站、美国东汊河实测值吻合较好,并且能够用于均匀沙的推移质输沙率计算,具有广泛的通用性。     

混合浪作用下系泊船舶运动响应规律试验研究

采用双峰频谱模拟涌浪和风浪同时出现的混合浪,以一艘26.6万立方米的LNG船舶为试验对象,对混合浪作用下系泊船舶的运动响应规律进行物理模型试验研究。结果表明:当混合浪能量一定时,系泊船运动量大多随着低频部分波浪能量的增大而增大;在一定装载状态下,系泊船纵荡和垂荡运动量随混合浪中涌浪周期的增大逐渐增大,横荡、横倾和回转运动量峰值与船舶自然固有横荡周期存在着一定的比例关系;当混合浪中风浪条件一定时,系泊船运动量大多随着涌浪波高的增大迅速增大;当混合浪中涌浪条件一定时,风浪波高的改变对系泊船舶运动量的影响较小;在横向波浪作用下,系泊船纵倾运动受混合浪变化影响很小。     

推移质运动的二维数学模型

本文建立了一个模拟推移质运动的二维数学模型，水流运动方程中考虑了河流弯曲处环流所引起的动量交换，推移质运动方程中则考虑了推移质运动的随机性、床沙粗细颗粒的相互影响及床沙级配沿河宽的调整。利用连续弯道清水冲刷河床变形试验资料对模型进行了检验，检验结果表明，数值计算结果在定床及动床水面线、流速沿河宽分布、冲刷过程中水位下降过程、河床的平面变形、出口断面推移质输沙率及其级配、床沙沿纵横向的分选等方面与试验结果吻合较好。     

图像处理技术在推移质运动颗粒参数提取中的应用

非均匀推移质颗粒运动规律一直是泥沙研究领域的难点,提取非均匀推移质颗粒的参数信息则是推进该难点研究的基础性工作。通过进行粗化床面非均匀沙水槽试验,拍摄了大量的泥沙颗粒运动视频,选取其中部分视频进行处理和研究:先通过图像转换软件将拍摄的视频转化为图片;然后利用图像处理技术对泥沙颗粒运动图像的空间变化特征进行识别,对转化后的图片进行畸形矫正和背景除噪;最后通过选取合理阈值将图片上泥沙颗粒提取出来,并计算泥沙颗粒粒径、体积等相关参数信息。研究成果可为获取推移质颗粒输沙运动基本信息提供基础,为非均匀推移质输沙机理研究提供更科学、完善、可靠的数据。     

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。     

URANS simulations of ship motion responses in long-crest irregular waves

In this paper, numerical prediction of ship motion responses in long-crest irregular waves by the URANS-VOF method is presented. A white noise spectrum is applied to generate the incoming waves to evaluate the motion responses. The procedure can replace a decade of simulations in regular wave with one single run to obtain a complete curve of linear motion response, considerably reducing computation time. A correction procedure is employed to adjust the wave generation signal based on the wave spectrum and achieves fairly better results in the wave tank. Three ship models with five wave conditions are introduced to validate the method. The computations in this paper are completed by using the solver naoe-FOAM-SJTU, a solver developed for ship and ocean engineering based on the open source code OpenFOAM. The computational motion responses by the irregular wave procedure are compared with the results by regular wave, experiments and strip theory. Transfer functions by irregular wave closely agree with the data obtained in the regular waves, showing negligible difference. The comparison between computational results and experiments also show good agreements. The results better predicted by CFD method than strip theories indicate that this method can compensate for the inaccuracy of the strip theories. The results confirm that the irregular wave procedure is a promising method for the accurate prediction of motion responses with less accuracy loss and higher efficiency compared with the regular wave procedure.     

不连续宽级配床沙推移质输沙率特性试验分析

通过水槽试验对不连续宽级配床沙的推移质输沙率进行试验研究.深入分析、探讨了不同水流强度及不同床沙组成对连续与不连续宽级配床沙输沙率的影响.在已有研究成果的基础上,构造了考虑床沙不均匀性的相对水流强度表达式,着重研究了相对水流强度与推移质输沙率函数的关系.利用试验资料对提出的表达式进行回归分析,确定了有关参数.最终确定的...     

斜向和多向波浪的破碎指标研究

该文通过水池物理模型实验,研究了在1:15的斜坡条件下斜向和多向波浪中破碎的特点。根据波浪类型和岸坡条件将破碎指标分为四类,总结了每一类破碎指标公式的通用形式和系数。对实验中正向和斜向规则波、正向和斜向不规则波、正向和多向不规则波的破碎指标进行了比较和分析。研究结果表明:同等条件下,斜向波的破碎指标较正向波偏大,基于不规则波有效波高的破碎指标小于规则波的,而多向波在波高较大时的破碎波高与正向不规则波相比偏小。     

Scour around submarine pipes due to high-amplitude transient waves

Estimation of scour dimensions below submarine pipelines is a vital step in designing offshore infrastructure. Extreme events like tsunami waves produce strong erosive forces below the underwater pipes, apt to create scour holes, jeopardizing the safety of the structure. Despite the importance of this issue, previous studies have mainly focused on steady flow cases, and the scour pattern below submarine pipes induced by high-amplitude transient waves has rarely been investigated. This paper reports the results of 40 experimental runs on transient wave-induced scour below a model pipe in a laboratory flume under a variety of initial conditions. The variables included the bed particle size and gradation,initial water depth, wave height, and slope of the bed layer. Waves were generated by a sudden release of water from a sluice gate, installed in the middle of the flume. A pressure transducer data acquisition system was used to record the wave heights at different time steps. The results indicate that, with a shallower initial depth of flow, the scour depth is relatively large. It was also found that there exists a direct correlation between the induced wave height and the size of the scour hole. It was observed that, in clear water conditions, the size of the scour hole in coarse sediments is smaller, while in live-bed conditions, larger scour holes are created in coarser sediments. It was also observed that at high wave amplitudes, the live-bed conditions are dominant, and consequently the bed elevation is altered.