基于N-S方程的波浪与可渗防波堤相互作用的数值模拟

采用N-S方程作为波浪场和孔隙流域的控制方程,应用有限差分方法对控制方程进行离散求解,采用VOF方法跟踪自由表面,反复迭代求解得到整个流域的压力场和速度场,并分析堤后渗透波高随入射波高、入射波周期的变化规律。最后结合波浪水槽物理模型试验验证本文所建立的数学模型,验证结果表明,此文所建立的数学模型可较好的模拟波浪与可渗防波堤的相互作用。     

斜坡上梯形潜堤附近流动结构的数值研究

波浪通过斜坡上潜堤时的波形和非线性特性均有显著变化,同时潜堤附近会出现涡流的生成及消散现象,有必要对其深入研究.基于1:20的斜坡上的波浪水槽实验,分析规则波在斜坡上不可渗梯形潜堤附近的动力特性.本文垂向二维波浪数学模型以RANS方程为控制方程,采用非线性涡黏性(各向异性) 紊流传输模型封闭雷诺应力项,利用VOF方法追踪自由表面以及采用源函数造波技术来模拟规则波对斜坡上潜堤的作用,数值计算结果与实验测量数据进行对比,吻合良好.利用数值计算进一步分析了流场、流线、紊动动能及紊动动能耗散率等特性,重点探讨了堤顶水深变化的影响,得到随堤顶水深增大,潜堤的消浪作用将明显减弱.     

滦河迁西县城段综合整治模型试验研究

为研究迁西县城段整治工程实施后滦河的水位、流速及河床冲淤情况进行了动床模型试验,并用数学模型计算结果来检验模型的合理性.通过对试验结果的分析,指出规划右堤应加高的位置、堤脚防护的位置,并对栖凤岛和1号堰的改进提出建议.     

松花江哈尔滨城郊河段平面二维数学模型及河道冲淤的研究

通过建立二维水沙数学模型,采用最新的计算方法和高可靠性悬移质不平衡输沙方程等,对河道以及闸、堰、导流堤等进行了模拟,保证了河床冲淤变形计算的可靠性。     

复杂河口汊道封堵后有关的潮流和泥沙问题

研究了瓯江南口封堵后有关的潮流和泥沙问题。首先对复杂的瓯江口的自然条件和冲淤演变进行了分析;其次,使用二维波浪潮流泥沙数学模型、波浪潮流泥沙物理模型及三维潮流数学模型等研究手段,对瓯江南口现有潜堤加高进行封堵后的二维潮流场、泥沙场、地形冲淤变化和三维潮流场进行了模拟研究,对瓯江泄洪排涝的影响进行了计算和分析。研究结果表明,从对周围水沙环境和瓯江泄洪排涝的影响角度考虑,将现潜堤加高进行南口封堵的方案是可行的。     

V形挡板式透空堤后的波高分布数值分析

该文基于有限体积法开源软件OpenFOAM,求解不可压缩流体的连续方程和Navier-Stokes方程,建立了V形挡板式透空堤的波浪透射、绕射和越浪的三维数值波浪水池模型。控制体采用三维长方体,结构物周围进行了网格加密。在将数值计算结果与实验结果比较后验证了数学模型的准确性基础上,对60°夹角V形挡板式透空堤后的波高分布进行数值模拟,分别计算了竖板顶部高出静水面时仅有透浪和竖板顶部位于静水面时透浪加越浪情形下,相对水深d/L对V形挡板式透空堤后波高分布的影响。计算结果表明:仅有透浪情形,相对水深对V形挡板式透空堤后的比波高分布有较大的影响,V形挡板式透空堤对较短周期的波浪有较好的掩护效果。对比竖板相对入水深度t/d相同时仅有透浪和透浪加越浪情形,可见竖板顶部的越浪量主要影响堤后竖板附近区域的波高分布。     

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。     

基于抛物型缓坡方程模拟近岸波流场

波浪向近岸传播的过程中由波浪破碎等效应所形成的近岸波流场是近岸缓坡区域重要的环境动力因素之一。本文基于近岸波浪传播的缓坡模型对近岸波浪场及近岸波浪斜向入射破碎后所产生的沿岸波流场进行了数值模拟。考虑到波浪向近岸传播中局部复杂区域波向不易确定，计算时直接从波浪辐射应力定义出发，采用抛物型缓坡方程所给出的辐射应力公式来计算波浪产生的辐射应力，在此基础上耦合近岸波流场数学模型对近岸波浪破碎形成的波流场进行了数值模拟研究，结果表明本文的数值模型是有效的。     

水沙实时预测数学模型研究

传统的水沙数学模型基于水沙运动守恒规律,在给定模型参数和边界条件下封闭未知变量,产生可求解的静定方程组。本文在传统水沙数学模型的基础上,引入水沙实时观测值,利用集合卡尔曼滤波等方法,构造水位、流量和含沙量等未知变量的状态空间方程,通过滤波求解获得他们的优化值,并实时更新模型方程的初始场,将传统的水沙数学模型发展为水沙实时预测数学模型。该实时校正模式应用于2011年黄河下游花园口至利津河段调水调沙实验,取得了满意的效果。     

三峡工程明渠截流水流数学模型研究及其应用 I:模型建立与率定

三峡工程三期截流具有流量大、落差大、龙口流速大等特点。为保证截流顺利实施,将一维和二维水流数学模型紧密结合,先用一维模型推求明渠的过流量及上下游戗堤承担的水位落差,再用二维模型模拟戗堤进占时明渠内的水力条件。然后利用已有的水工模型试验资料,对建立的数学模型进行了率定。率定结果表明:一维模型计算的明渠过流量、截流总落差、上下游戗堤承担的水位落差等结果与试验值相当接近;二维模型的计算结果不仅与试验值基本符合,同时又符合弯道水力学的基本特点。     

Ship bow waves

The bow wave generated by a ship hull that advances at constant speed in calm water is considered. The bow wave only depends on the shape of the ship bow (not on the hull geometry aft of the bow wave). This basic property makes it possible to determine the bow waves generated by a canonical family of ship bows defined in terms of relatively few parameters. Fast ships with fine bows generate overturning bow waves that consist of detached thin sheets of water, which are mostly steady until they hit the main free surface and undergo turbulent breaking up and diffusion. However, slow ships with blunt bows create highly unsteady and turbulent breaking bow waves. These two alternative flow regimes are due to a nonlinear constraint related to the Bernoulli relation at the free surface. Recent results about the overturning and breaking bow wave regimes, and the boundary that divides these two basic flow regimes, are reviewed. Questions and conjectures about the energy of breaking ship bow waves, and free-surface effects on flow circulation, are also noted.     

浅水区波浪的破碎指标

基于对波浪破碎的几何学、运动学及动力学三种指标的分析比较和观测资料的验证,本文提出可以合田良实的结果为基础修正Miche的H/(Ltanhkd)=α值,并提出了适用于纯波及波浪水流共存时的临界α值。它们比Miche的0.142值为小,这一结果已为实验所证实。     

大型海洋结构物的非线性绕射效应

本文在空间上应用面源法,在时间域上应用步进法,数值处理了三维物体与非线性波浪的相互干扰,研究了结构物的非线性绕射效应。首先,作为比较,求解了正弦波列和孤立波绕射垂直桩柱的情形。接着,进一步求解了大振幅波浪绕射固定在自由面上的大型浮动码头的工程实例。结果表明,非线性波浪绕射力与线性结果,有一定的差别。有时,尽管从总体效应来看,这种差别不十分明显,但从上浪、出水和波的爬高以及局部应力等局部效应来看,这种差别可能很明显。     

台州湾近海海域波浪要素特征分析

波浪要素的观测及分析对港口码头设计、航道建设、围垦工程等都尤为重要。为研究台州东部新区临时航道疏浚工程对周边涉水工程的影响,采用SZF型波浪浮标,在工程海域进行为期一年的波浪观测,并对实测的波浪要素进行统计分析。结果表明:台州湾全年以东北向波浪居多,东向浪最大,可高达5 m。波高主要集中在0.5 m~1.0 m范围,波周期集中在3.0 s~4.0 s范围。春季浪向分散,夏季浪向集中在S向,秋冬季浪向相似,N为主波向。受台风影响,夏秋季有大浪出现。     

THE FREQUENCY MODULATION OF SHORT WAVES BY NON-UNIFORM VELOCITY FIELDS

l.INTRODUCTlONScientistshavelongbeentryingtounderstandthemechanicsofocean,particularlythemotionofwaves,currentsandtides.Inthepastthemainreasonforthisscientificpursuithasbeenthesafetyofships.Recently,incoastalandoffshoreengineering,someurgenttaskshavebeenencountered:thedesignofoffshoreoilrigs,problemsofcoastalerosionandimpact,inshoreandoffshorepollutiontransportation,andsoon.Therecentdevelopmentinremotesensingtodetect,fromSyntheticApertureRadar(SAR),radarwavesBragg-scat-teredbythesea'sfr…     

瞬态面波在引水线路勘察中的应用

瞬态面波勘察方法是近年来发展很快的一种物探方法, 应用于探查覆盖层厚度、基岩埋深等.根据实地地质情况与勘探目的,结合地质资料采用瞬态面波技术能经济、快速、有效地为工程地质勘探提供可靠资料.总结瞬态面波勘察方法在桂中治旱乐滩引水线路的勘探情况,根据该法解释出的波速界面与钻探资料所呈现的岩性差异界面基本吻合,证明该法解决此类地质问题的可行性.     

瞬态瑞雷波法在瀑河水库工程中的应用简

瑞雷波勘探技术被广泛地应用于工程勘察中,该方法分为稳态瑞雷波法和瞬态瑞雷波法两种。稳态瑞雷波法因其配备一套稳态的激震设备,价格昂贵,全套设备很笨重,使这种技术的应用和推广受到一定的限制,然而瞬态瑞雷波法技术因其设备价格较为合理,整套设备便于移动,具有野外采集方便、快捷、浅层分辨率高的特点,越来越受到工程勘察界的重视。本文阐述了瞬态瑞雷波勘探技术在瀑河水库除险加固工程中的应用效果。     

NUMERICAL SIMULATION OF EXTREME WAVE GENERATION USING VOF METHOD

Numerical simulations of extreme wave generation are carried out by using the Volume Of Fluid (VOF) method. Extreme waves are generated based on wave focusing in a 2-D numerical model. To validate the capability of the VOF-based model described in this article, the propagation of regular waves is computed and compared with the theoretical results. By adjusting the phases of wave components, extreme waves are formed at given time and given position in the computation. The numerical results are compared with theoretical solutions and experimental data. It is concluded that the present model based on the VOF technique can provide acceptably accurate numerical results to serve practical purposes.     

非线性波浪在渐变水深中的传播与破碎

本文利用保角变换将角形域变为带形域,用摄动法求解了非线性波在渐变水深中的传播与变形。并据三阶近似解讨论了波面变形、破碎形态、流速场及破碎波高等波动特性,取得了可与实测资料相比较的结果。     

DEFORMATION AND BREAKINC OF NONLINEAR WAVE IN WATER OF GRADUALLY VARYING DEPTH

Based upon the perturbation method,this paper used the method of conformalmapping to solve the deformation and breaking of nonlinear waves in water of gradually varyingdepth.The wave characteristics,such as wave deformation,velocity field,breaker type andbreaker height are discussed by the third order approximation.Results obtained are comparedwith experimental data.