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。     

无限深水表面压力脉动产生的速度势与二阶绕射问题的辐射条件

本文从集中压力脉动作用的特例出发,在严格的意义上得到了无限深水表面上延伸至无穷远处的非绝对可积的脉动压力分布作用下的二维和三维速度势解,并着重讨论了速度势的远方渐近形态和应满足的辐射条件。在普遍意义上证明了这时速度势应由强迫波动项、自由波动项和局部扰动项所组成,强迫波动项的辐射条件提法应与压力脉动的远方渐近特性一致。从而在理论上澄清了有争议的二阶绕射势辐射条件的提法问题。在此基础上给出了二维和三维情况中二阶绕射势应该满足的辐射条件。     

用时域法求解二维二阶非线性水波的绕射问题

本文用二阶理论在时期围内研究非线性水波的绕射问题。一、二阶问题分别满足各自的自由表面条件和物面条件。用一阶Ａｄａｍｓ格式并配合时步处理来计算自由表面上的波高和速度势，而流场内的速度势通过求解有限元方法得到。采用人工阻尼区来吸收反射波，对水平半圆柱在水面的绕射问题进行了计算，得到了自由表面波高时间历程和圆柱所受到的波浪力，计算结果和有关文献进行了比较，其符合程度是令人满意的。     

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。     

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。     

二维浮体的低频作用力

本文用缓慢调制的Stokes波模拟入射波群,并采用多重尺度方法研究了波群对二维浮体的低频绕射问题,得到了一阶和二阶纸频绕射势,求得了相应的低频作用力,证明了由一阶低频绕射势所产生的二阶低频力垂直于静止自由表面,它与入射波包络波幅的平方以及浮体水线面的宽度成正比,而与浮体具体形状无关,低频绕射所产生的水平力来源于二阶低频绕射势,通过求解两个线性边值问题就可以计算它。     

二阶波浪力的切片理论与潜体上的垂向定常力

二阶波浪力的三维理论基本上是对无航速的结构物建立起来的，航速的影响不甚清楚，一些理论问题，例如二阶绕射势辐射条件的提法，直到最近才得以澄清，即使如此，用三维方法完整地求取物体上的二阶波浪力仍十分费时，本文中对有航速的细长物体建立了二阶波浪力的切片理论，旨在提供理论上合理，实用上相对简便的二阶力计算方法，作为完整的二阶波浪力的一个组成部分，文中给出了细长潜体在不同潜深和浪向角时所受的垂向常力及变化趋     

变水深下孤立波对直立大圆柱的绕射

本文以平均速度势表示的Boussinesq方程为控制方程,采用文献[1]中所提出的谱方法,研究孤立波在变水深下对直立大圆柱的绕射。通过数值方法求得圆柱所受到的波浪力系数,讨论水深变化对圆柱波浪力系数的影响。     

浅水区孤立墩上的非线性波浪力

本文基于一阶近似椭圆余弦波理论研究了浅水区非线性波浪对圆柱墩的绕射作用,推得了计算绕射后圆柱墩周围的水面方程,从而得到墩柱面上波面的壅高值。文中也推导了作用于圆柱墩上的波浪力计算公式,并对工程中常遇到的波浪范围进行了计算,得到了非线性波浪力与线性波浪力的比值,并制成图供设计参考。     

考虑绕射效应的沿堤波浪力波动分析

回顾了波浪绕射的理论基础,提出了等水深单突堤的总波浪力相位差修正公式,结合绕射效应解析解和波压计算方法,探讨了波高和波浪力的沿堤波动.分析结果表明,波高沿堤波动导致波浪力沿堤也呈正弦形式的周期性衰减,这正是蛇行破坏现象的内在原因.当不考虑堤后绕射波影响时,堤头附近水平波浪力最大峰值约为立波时的1.2倍,当考虑堤后绕射波影响时,最大峰值可达1.4倍以上.这表明立波系统只是一种总体平均情况,考虑到波浪力的沿堤波动,工程中应加强局部重点堤段的防护.     

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。     

有限深两层流体中水波与水平圆柱潜体的相互作用

研究了有限深两层流体中表面波模态和内波模态的水波与水平圆柱潜体的相互作用问题。在线性势流理论框架内,建立了两种模态入射波作用下,水平圆柱体绕射势的多极展开求解理论。基于所建立的求解模型,对作用在圆柱体上的波浪力进行了数值计算分析,并且与均匀流中情况进行了比较。结果表明了,在入射波的某个频率范围内,流体的分层效应对圆柱体波浪力的影响是不可忽略的。同时,对流域内的绕射速度矢量场进行了数值分析。     

浅水波与圆弧型贯底式防波堤的相互作用

该文基于椭圆余弦波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了浅水波对圆弧型贯底式多孔介质防波堤绕射的波势解,并据此解析计算了作用于防波堤的水平波浪载荷与浅水波波面分布。计算结果表明:浅水波入射角与非线性影响参数、海况条件以及防波堤几何条件等因素的相对变化对波浪作用均存在一定的影响,结构透空可以明显减弱防波堤所受波浪作用。与微幅波理论对比可知:在一定浅水条件下采用椭圆余弦波一阶分量模型所计算的最大无量纲波浪力、力矩和波面分布值均明显高于微幅波理论的对应估值,反映了水波非线性因素的影响效应。     

波浪对圆柱外接圆弧型防波堤绕射的解析计算

在微幅波绕射理论的基础上,使用特征函数展开法,推导了圆柱外接圆弧型防波堤复合结构的水波绕射的解析解,并据此计算了该结构所受到的波浪载荷以及绕射波面分布。计算结果表明:与单一圆柱相比,外接圆弧型防波堤的存在可明显降低作用于圆柱的波浪载荷和圆柱表面的波浪爬高;采用外接堤表面密实或透空而内圆柱表面透空的结构形式可以取得圆柱防浪的较佳效果;结构透空系数、波浪入射角度、外接堤张角、外堤半径与水深比、水深与波长比等因素的变化对绕射波浪作用均存在一定影响。     

椭圆余弦波对V形防波堤绕射波浪力的解析计算

应用椭圆余弦波理论,给出了V形薄壁防波堤的浅水波绕射理论解,对现有Airy微幅波理论进行了有效拓展。通过对V形防波堤的浅水波浪力进行试算,揭示了椭圆余弦波对防波堤的作用规律。计算结果表明:椭圆余弦波理论计算的V形防波堤的最大无量纲波浪力明显大于相同浅水条件下Airy微幅波理论的对应结果,该方法有效拓展了无限长直立薄壁堤的反射波理论。此外,浅水波入射角、V形堤张角和防波堤臂长与水深比等参数的变化均将对V形堤的波浪作用产生相关影响,而V形堤的实际绕射波浪力幅值将随浅水波特征参数值的增大而增大。     

应用MIKE 21 BW模型分析航道对波浪传播的影响

波浪在传播过程中遇到航道会发生折射、绕射以及反射现象。MIKE21的BW模块可以很好地计算和分析港口、码头等小面积波浪场中的多方向不规则波的相互作用,浅水变形,折射,绕射和反射等各种波浪现象。本文采用该模块建立在不同航道条件下的波浪传播数学模型,并利用数模结果系统地分析了航道水深、航道宽度、航道边坡坡度以及波浪入射角度对波浪传播与变形的影响规律。成果对试验研究及工程实践有指导意义。     

椭圆余弦波对透空直立防波堤波浪力解析计算

根据椭圆余弦波理论与水波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了浅水区水波对透空防波堤的波浪作用,并取得了满足椭圆余弦波一阶分量边值问题提法的反射和透射波势的数学解。由此得出作用于直立透空防波堤的水平波浪力和力矩算式,并与浅水条件下的Airy波理论加以比较,说明浅水条件下椭圆余弦波理论更能反映非线性因素变化对波浪力及力矩的影响。     

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。     

大尺度柱状结构物波流荷载研究

大型深水工程往往面临水深、浪大以及流急等复杂自然条件,将受到巨大的水平波流力,在工程设计中需准确考虑波流力的大小.通过在波流水槽进行圆柱、方柱和矩形柱波流力系列试验,进行大尺度柱状结构物波流荷载研究,同时建立数学模型,应用边界元法求解大尺度柱体上的波浪荷载,编写了Fortran程序计算波浪力,运用柱体绕流理论计算水流力.对比分析试验结果和数值计算结果提出了波流力工程计算方法:对于深水大尺度柱状结构物波流力可由波浪力线性迭加水流力再乘以1.04得到,计算中波浪要素采用水流影响下的要素,水流力采用柱体绕流求得.按此方法计算波流力,并与物理模型试验结果进行对比,两者误差较小,满足工程设计的精度要求.     

大尺度物体在层化海洋中的波浪绕射和散射理论(Ⅱ)简谐运动

本文在浮体作简谐运动的条件下,建立了层化海洋中的线性波浪绕射和散射边值问题,并分析了附加质量和阻尼系数的性质,简要讨论了海洋层化对波浪绕射和散射过程的影响,结果表明层化影响主要取决于入射波频率ω和Brunt-Vaisala频率的比值。层化对二阶差频波力的影响可能是不容忽视的。