波浪冲击过程的湍流数值模拟

本文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阶迎风差分格式以消除数值粘性的影响。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，讨论了不同结构物尺度及距静水面高度对冲击压力沿建筑物底面分布的影响，     

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。     

杭州湾秦山水域设计波浪数值模拟

根据杭州湾地理、波浪特点及测站布置情况,通过测站波浪变形计算和以风速资料进行风浪成长、传播计算2种途径,采用SWAN模型对秦山水域设计波浪进行模拟和分析,并对计算方法和模型的适用性进行了探讨.     

数值波浪水槽的建立与验证

由于Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程是从动量守恒定律出发，以对不可压缩粘粘性流体不引入地形限制，不考虑水深影响，是真正意义上从流体的运动规律出发的方程，因此本文以Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程为控制方程，用有限元法对它进行离散，建立了它的有限元特征方程，     

基于数值波浪水池的波浪中船舶水动力计算

此文基于CFD方法建立了数值波浪水池,模拟了波浪的生成和传播,并对规则波浪中航行船舶的水动力进行了计算研究.文中讨论了适合船舶在波浪中航行的数值模拟的波浪环境表达,验证了参考坐标系下数值波浪水池中波浪生成和传播及消波等,模拟计算了多个航速项浪与斜浪航行的约束Wigley-Ⅲ船模的水动力以及项浪中航行船舶的波浪增阻.计算结果与DUT(Delft University of Technology)的试验数据及势流理论的结果吻合良好.对比和研究表明,本文的方法能细致描述船舶周围的流场,且比实验更易实现和控制,在船舶的水动力性能分析和运动预报等方面具有广阔的应用前景.     

无反射造波数值波浪水槽

本文应用ＶＯＦ方法建立了二维数值波浪水槽模型。基于线性造波机理论在水槽左端设置了可吸收式造波机数值边界条件。即造波板的运动除了产生行进波外，同时还产生一个抵消反射波的局部波动。水槽右端除了通常的可滑移与无滑移直墙边界条件外，依据线性辐射条件建立了开边界条件。通过水槽右端为直墙时的全反射情形，比较了可吸收造波机与普通造波机的速度变化与波面变化。文中在Ｈ０／ｄ＝０．１￣０．３，ｄ／Ｌ＝０．１２４￣０．     

浅海人工岛波浪爬高的数值计算和实验验证

本文基于孤立波理论研究了浅海波浪对人工岛的非线性绕射，提出了采用有限差分法和有限远开边界的幅射条件计算人工岛上波浪爬高的数值模型，得到的数值计算结果与整体模型试验的实测结果进行了比较，二者吻合较好，为人工岛工程设计提供了可靠的高度参数。     

波浪对渤海近岸海冰冲击作用的数值模拟

海冰在波浪冲击作用下可能会发生断裂,通过数值模拟定量地描述波浪引起的海冰断裂对海工结构的运行安全以及分析海冰断裂处海水与大气之间的热交换有重要作用。该文利用建立的三维数值波浪水池,将海冰视为刚性平板,结合渤海冬季海冰、波浪的相关参数,研究海冰受波浪冲击的垂向冲击力、水平冲击力、弯矩和最大弯曲正应力随波高、冰长及冰厚的变化规律;并结合渤海海冰的弯曲强度,推断海冰发生断裂的极限参数,结果表明:在渤海海域某些特定条件下,海冰断裂极限波高、冰长和最小冰厚分别为0.504 m、4.273 m和0.098 m。     

三维动波浪壁流动的数值研究

本文用ＡＬＥ方法对二、三维动波浪壁边界层流体运动进行数值模拟，并由流动的速度场，涡量场和压力分布了波涡相互作用的机理，动波浪壁边界层的流动特征和明显的减阻效应。数值结果表明了ＡＬＥ方法和动网格系统对劝波浪壁边界层流体运动是一种有效的数值方法。     

数值水池的一种有效的数值消波方法

本文通过将波高所满足的方程分解成等效的两个x和y方向的一维方程，提出了一种在求解Boussinesq 型方程中进行数值消波的有效方法，在求解方程时采用了一种精度较高的预报校正迭代方法。给出的方法用有实验结果的多向不规则波例子进行了验证。数值结果与实验结果相当吻合。本文的方法解决了波浪仿真中的关键技术：数值消波。     

数字波浪槽在防波堤预设计中的应用

传统的以物理模型进行的防波堤断面实验被以计算机进行的数字波浪槽代替,边界造波为Bretschneider/Mit-suyasu波浪谱,防波堤断面根据海港水文规范(简称“规范”)设计。以改进的Boussinesq波浪方程,通过引入波浪反射项以数值模拟实现了波浪在水槽中传播的全过程。通过数值水槽获得了波浪在本文防波堤断面前0.45的反射系数,将数值模拟的结果和规范中的反射系数进行了对比得出,数字波浪水槽有满意的精度以及在规范中使用了一定的安全系数,表明数字波浪槽在防波堤的预设计中有重要作用。     

基于VOF方法的数值波浪水槽以及造波、消波方法研究

该文基于不可压缩黏性流体的N-S方程和VOF方法,利用CFD商业软件FLUENT及其二次开发功能,发展和提出了动边界造波、多孔介质消波等多种数值方法,建立了可有效模拟弱非线性波的数值波浪水槽.同时对现有的几种造波-消波方法进行了详细的分析,综合比较了不同方法的优劣性,指出了本文提出的多孔介质消波法可更有效的吸收波能,给出了造波-消波的最优配置.     

Numerical study of edge waves using extended Boussinesq equations

An edge wave numerical model was developed based on extended Boussinesq equations with the internal wave-generation method. The form of edge waves near a seawall was chosen as the input signal in order to avoid treatment of the moving shoreline on a sloping beach. As there was an energy transfer between different edge wave modes, not only the target mode but also other modes appeared in the simulations. Due to the nonlinear effect, the simulation results for mode-0 edge waves were slightly modulated by mode-1 and mode-2 waves. As the magnitudes of these higher-mode waves are not significantly related to those of the target mode, the internal wave-generation method in Boussinesq equations can produce high-quality edge waves. The numerical model was used to investigate the nonlinear properties of standing edge waves, and the numerical results were in strong agreement with theory.     

一种浅水波浪数值模型的应用研究

简述目前几种浅水波浪数值预报模式，介绍了国内外以能量平衡方程预报浅水波浪的若干模式，重点介绍了应用当今最新波浪研究成果发展起来的并经过若干理论及现场观测资料验证的SWAN模型，详细论述了模型的特点及其适用性，其动谱能量平衡方程的数值离散格式及对能量源汇项的处理方法，利用SWAN模型计算了在不同水深时流场对波浪传播的影响，并与线性波流理论计算结果进行比较；最后，将模型应用于海安湾的浅水波浪数值计算，模拟湾内波高及周期场分布，并与观测结果进行比较。     

NUMERICAL STUDY OF SOLITARY WAVE FISSION OVER AN UNDERWATER STEP

Solitary wave fission over an underwater step is numerically investigated. The numerical model is based on the enhanced Boussinesq equations, which appropriately represent both the nonlinearity and dispersivity of surface water waves. The finite difference method defined on the staggered grid in space with an implicit scheme for time stepping is employed for the numerical solution of the governing equations. It is demonstrated that Boussinesq type equations, though they are vertically integrated, can describe the details of the solitary wave fission process with very good accuracy. Numerical results of the reflected and transmitting wave heights, the number of solitons emitted from the transmitting wave and their amplitudes all agree very well with the analytical solution derived from KdV equation by virtue of a linear long wave approximation in the vicinity of the underwater step.     

限制性航道中船行波传播特性的数值研究

基于完全非线性Boussinesq方程的开源程序包FUNWAVE-TVD建立了限制性航道中船行波运动的数值模型,重点分析了船舶在该类型航道中诱导生成的最大船首孤立波波高、最大船尾波波高以及最大近岸横向流速的时空分布规律。结果表明：模型能较好地捕捉船行波在限制性航道中的演化过程;根据回归分析得到了最大船首孤立波波高η_max与船舶吃水p、弗汝德数F_r的幂函数型经验关系;最大船尾波波高η_max及最大近岸横向流速u_ymax随船舶吃水p和弗汝德数F_r的不同呈分段式变化规律。研究结果可为限制性内河单线航道的设计以及通航要求提供参考。     

长峰不规则波数值模拟的相关问题

针对波浪数值水池研究现状,提出了长峰不规则波数值波浪水池研究亟待解决的3个问题:海浪谱的拓展、波能衰减机理讨论及长峰不规则波数值模拟精度评价标准.基于黏性数值波浪水池技术,以文氏海浪谱为目标谱,对深水长峰不规则波进行了数值模拟;分析了数值模拟中波能衰减的主要原因,并提出了基于优化网格生成和离散格式的减小衰减的方法;根据《水面船模耐波性试验规程》对数值模拟结果进行了误差计算,并提出了适用于不规则波数值模拟评价标准的建议.     

Modelling of 2-D extended Boussinesq equations using a hybrid numerical scheme

In this paper, a hybrid finite-difference and finite-volume numerical scheme is developed to solve the 2-D Boussinesq equations. The governing equations are the extended version of Madsen and Sorensen＇s formulations. The governing equations are firstly rearranged into a conservative form. The finite volume method with the HLLC Riemann solver is used to discretize the flux term while the remaining terms are discretized by using the finite difference method. The fourth order MUSCL-TVD scheme is employed to reconstruct the variables at the left and right states of the cell interface. The time marching is performed by using the explicit second-order MUSCL-Hancock scheme with the adaptive time step. The developed model is validated against various experimental measurements for wave propagation, breaking and runup on three dimensional bathymetries.     

太湖湖流、波浪、沉积物的三维数值模拟

运用ECOMSED模拟风速为6.5 m/s定常东南风作用下太湖流场及波浪场,对模型的适用性及可靠性进行验证;在此基础上进行波流共同作用下沉积物再悬浮数值模拟,得出沉积物-水界面切应力及水体中悬浮物浓度分布。结果表明:太湖有效波高范围在9~29 cm之间,有效波高的空间分布与风速、风向和水深有很大的关系,同时波浪对切应力会产生很大影响,而切应力的分布决定了悬浮物浓度的分布,风浪及地形要素是导致太湖悬浮物浓度变化的重要因子。模拟结果与现有实验成果较吻合,说明运用该模型模拟太湖沉积物再悬浮的结果可靠。