孤立波中淹没圆盘的波浪力实验研究

在近海海啸波水池中进行了孤立波作用下淹没圆盘的波浪力实验,建立了一套具有较大刚度的淹没圆盘波浪力多分量同步测量系统,获得了不同水深和淹没深度下波面和波浪载荷随时间的变化历程。针对波面不破碎工况,当孤立波经过完全淹没圆盘时,通过分析垂向力、水平力和倾覆力矩的时间序列,阐述了孤立波推进过程中圆盘上下表面的压力分布特征及其对波浪力的影响规律。依据波浪力极值的测量数据,给出不同相对波高条件下水平力系数、垂向力系数和倾覆力矩系数的实验结果,揭示了其变化规律。     

用MPS方法数值分析孤立波与平板相互作用问题

表面孤立波与海洋结构物的相互作用常伴随有砰击、上浪等现象,是船舶与海洋工程领域需要研究的重要问题之一。该文采用基于无网格半隐式移动粒子MPS法开发的MLParticle-SJTU求解器,对孤立波与平板结构相互作用问题进行数值计算分析研究。模拟了二维孤立波对平板的冲击作用过程,得到的平板受力与实验结果吻合良好,验证了MLParticle-SJTU求解器在处理此类问题上的可行性。通过对孤立波与平板相互作用过程的三维模拟,观察到了有别于二维空间下的波浪在平板上表面演化过程,即呈现U型演化过程,说明对此类问题进行三维数值模拟的必要性。     

孤立波在透水岸礁上水动力特性数值模拟研究

该文为研究孤立波在透水岸礁上传播变形的水动力特性,采用非静压单相流模型,通过设计工况系统分析了孤立波在可透水礁上沿礁传播的变化规律.结果表明:透水层的存在显著降低了孤立波所具有的动能和在礁坪上的速度,也使破碎后的自由液面振荡加剧,最终导致自由液面高度上升;透水层的孔隙率和颗粒的中值粒径对水动力特性影响可忽略不计;入射波...     

双孤立波直墙爬高的实验研究

海啸波在近海传播过程中有可能会演化成若干个孤立波组成的波列.为了研究孤立波波列对海岸结构物的作用机理,本文在波浪水槽中进行了双孤立波的直墙爬高实验.通过控制推板式造波机的运动,有效地实现了不同波峰间距双孤立波的造波方法.在复演并验证单孤立波直墙爬高的基础上,完成了不同相对波高、相对波峰间距的双孤立波爬高系列实验,给出了双孤立波平底传播及直墙爬高过程的波面时间序列及爬高过程水线运动时间序列.实验结果表明:对两个等波高的双孤立波而言,当相对波峰间距降到某临界值时,跟随在后孤立波的爬高放大系数将小于先导孤立波的爬高放大系数;当先导孤立波的波高大于跟随孤立波的波高,先导孤立波将更加显著地抑制对跟随孤立波的爬高过程,使得后者的最高爬放大系数显著减小;若在直墙爬高前两个波已明显重叠,即呈双峰瞬态波形,爬高放大系数不会大于具有相同波高的单孤立波的爬高放大系数.     

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。     

孤立波浅化过程的SPH数值模拟

本文应用光滑粒子流体动力学(SPH)方法建立了二维数值波浪水槽,研究了孤立波沿斜坡的传播、变形和破碎过程。通过数值计算分析了波浪沿斜坡传播过程中自由表面的变化特征,给出了斜坡上不同位置处波面变化的历时曲线,并应用文献记录的试验结果对数模结果进行了验证。得到了波高的沿程变化趋势、破波点的位置和破碎波高以及不同破碎形态下波浪自由表面的变化特征,显示了SPH方法在处理较复杂自由表面流动问题方面的优越性。     

孤立波与潜水台阶相互作用的数值研究

本文用完整二维Navier-Stokes方程和VOF方法研究孤立波与潜水台阶障碍物相互作用问题.本文的计算结果与Seabra-Santos,Penouard and Temperville(1987)的实验结果有较好的一致性,与Germain(1984)基于势流浅水理论的结果较为接近,同时能更好模拟出前传演化波的衰减.只要给出初始孤立波波幅,静水深和潜水台阶障碍物的高度,利用本文方法就能模拟出演化波、分裂波和反射波的波形,并给出每一时刻的自由面形状、流场、涡量和压力的分布.     

植物带影响下孤立波沿程波高衰减特性试验

鉴于近岸植被对孤立波的阻力效应能有效降低其波能,开展综合考虑根茎叶影响的植物带消波试验,探究植物带影响下孤立波沿程波高衰减特性。当孤立波非线性大于0.11时,茎作用下孤立波沿程波高衰减特性与指数函数以及幂函数规律并不一致。当淹没度为0.67时,根茎共同与茎单独作用下孤立波沿程波高衰减趋势基本一致。当淹没度小于0.67且孤立波非线性不小于0.30时,茎叶作用下孤立波沿程波高服从指数函数以及幂函数衰减规律。非淹没情况下,随着分布密度的减小,孤立波沿程波高衰减强度减小,植物带消波边界效应减弱。研究表明,相比根茎,叶对孤立波沿程波高衰减特性影响更大。根茎叶以及分布密度对孤立波沿程波高衰减特性的影响与淹没度和孤立波非线性有关。     

海洋内孤立波作用下张力腿平台动力响应特性

基于三类内孤立波理论KdV、eKdV和MCC的适用性条件,将张力腿简化为非线性梁模型,采用Morison和Froude-Krylov公式计算张力腿平台的内孤立波动态载荷,结合浮体有限位移时域运动方程,建立了内孤立波与张力腿平台相互作用的理论模型。以东沙群岛附近海域某实测内孤立波为对象,对典型张力腿平台(ISSC-TLP)在内孤立波作用下的动态载荷、运动响应以及张力腿张力的变化特性进行数值分析。研究表明,内孤立波不但对张力腿平台产生突发性冲击载荷,使其产生大幅度的纵荡位移,还会显著增加张力腿的张力。因此,在张力腿平台的设计应用中,内孤立波的影响不可忽视。     

孤立波作用下边界层的模拟与分析

孤立波作用下的边界层内的剪切力以及涡量变化对海啸传播和海底地形塑造十分重要。本文基于多区域谱方法,利用直接模拟(DNS)数值模型,对在具有矩形断面的U形水洞内的孤立波下的边界层流动进行了模拟。将数值模拟结果与解析解以及试验结果进行了对比,发现数值结果与后两者吻合得较好。模拟结果显示,在低雷诺数下,扰动不会改变流态,而随着雷诺数的增大,流态会变得十分复杂。中等雷诺数情况下,边界层内会产生正向的涡,并进行稳定的传播。在较高雷诺数情况下,流动进入层流向紊流发展的过渡期,此时边界层内会产生正涡以及负涡,并会在水深方向进行不规则运动。     

三孤立波的斜坡爬高特征

该文采用推板式造波机和改进的Goring造波方法在波浪水槽中生成了由三个等波高孤立波组成的波列,首先在坡度为1/10的斜坡上进行了多个孤立波连续爬高的实验研究。实验测量了等波高双孤立波和三孤立波在等水深波浪水槽中传播和在斜坡上的爬高过程,给出了沿程多点浪高仪测量的波面时间序列和高速摄像记录的水线在斜坡上爬高与回落过程影像。分析了来波相对波高和无量纲波峰间距对每个孤立波爬高放大系数的影响。在基于RANS方程和VOF方法的数值波浪水槽中,模拟了三孤立波爬高过程,给出了最大爬高与破碎特征。实验和数值模拟结果表明,孤立波在斜坡上回落时会产生强劲的回流水流,该反向流动导致后随孤立波破碎,消耗波动能量,使得后随孤立波的爬高放大系数明显小于没有回落水流影响的首个孤立波的爬高放大系数。当孤立的波峰间较大时,若来波相对波高较小,后两个的孤立波爬高基本相同;若来波相对波高较大时,第三个孤立波的爬高大于第二个孤立波的爬高。     

滑坡涌浪下斜坡波压力经验估算方法的对比

斜坡波压力计算公式经验性较强,计算公式种类繁多。为了探讨经验公式在预测滑坡涌浪对斜坡作用力的适用性问题,构建几何比尺为1∶70的滑坡涌浪三维物理模型,试验研究了不同工况时滑坡涌浪最大波与有效波下斜坡作用力的变化规律,采用3种常用的斜坡波压力经验公式,对比分析了滑坡涌浪下滑坡入水点正对岸斜坡波压力大小、作用点位置及分布特性。结果表明,3种经验公式计算结果有较大的差异,基于试验结果,路基公式经修正后可用于预测滑坡涌浪下斜坡波压力大小;向金公式经修正后可用于预测滑坡涌浪破碎作用点位置;波压力在斜坡上的分布趋势与苏联公式是一致的。     

基于水文水动力耦合模型的洪水淹没模拟

中国中小流域地区洪水灾害频发,探究新型城市雨洪模型是当下的研究热点。通过耦合水文模型与二维水动力模型的方法,使得在模拟城市下垫面洪水淹没情况的同时,又能使模拟达到较快的运算速度。以泉州市梅溪流域为例,探究耦合模型在中国中小流域范围应用的可行性。结果表明,耦合模型模拟水量平衡误差极小,淹没水深结果与验证值吻合较好。根据对淹没水深图与达最大水深时间图的分析,得到区域范围洪水的空间分布及时间分布,可为中小流域洪水治理提供决策支持。但中小流域水文数据匮乏一定程度上限制了模型的可靠性。     

基于一二维水动力模型的山丘区小流域洪水模拟与淹没分析

我国东南沿海山丘区小流域降水充沛,山洪灾害频发.为科学指导山丘区小流域防洪减灾,以浙江省松阴溪流域遂昌县城为研究区域,构建一二维耦合水动力模型,通过20140820、19930624两场历史洪水对模型参数率定验证,模拟不同重现期设计洪水情景下的洪水淹没过程,为山丘区小流域防洪决策提出合理建议.     

大振幅内孤立波的修正Gardner传播演化模型

该文建立了简单的单一方向的修正Gardner (mG)方程用来描述强非线性内孤立波的传播演化过程.mG方程是通过调整Gardner方程的系数,从而改进了Gardner方程只能用来描述弱非线性小振幅内孤立波的缺点.修正的系数仅与上、下层流体深度比和密度比参数有关,计算的有效波长,波速和极限波幅等主要特征与经典强非线性Mi...     

风成深水推进波对孤立垂直圆柱体的波浪荷载

对风成深水推进波和水中孤立垂直圆柱体情况,根据水力学基础理论和波浪理论,应用理论力学方法推求,得到波浪荷载计算式。     

基于MPS-FEM方法数值模拟孤立波与垂直板的相互作用

该文采用基于MPS-FEM方法自主开发的无网格法流固耦合求解器MPSFEM-SJTU,数值模拟孤立波与水下垂直板的相互作用。流体部分计算采用MPS方法,结构部分计算采用FEM方法,二者在接触面处采用核函数插值进行耦合。首先做了数值造波验证,孤立波采用推板造波。然后对比分析了孤立波分别与垂直刚性板和弹性板相互作用的差异。最后讨论分析板的弹性模量对孤立波与垂直板相互作用的影响。结果表明,弹性板对孤立波演化的影响与刚性板不同,同时板受到的压力也因为板的弹性模量的变化而不一样。     

斜向进水消力井淹没射流水力特性机理分析

云南地处高原山区,水文气象条件各异,地形陡峻、工程地质条件复杂,在常规消能工无法布置的情况下,消力井是一种可行的选择。对于斜向进水消力井,其水力特性未见更多研究。针对一定纵坡条件下斜向进水消力井井内淹没射流,基于井内水流紊动射流分区,对淹没射流条件下的水股作用力进行机理分析,推导得出了斜向进水条件下圆形消力井射流沿程最大流速及冲击区井壁时均作用力表达式;进而结合水力学试验进行了一定纵坡下的半经验公式参数率定。研究成果可为类似工程的设计提供参考。     

太湖流域大尺度洪涝淹没仿真模型的建立及应用

利用DEM数据及GIS空间分析技术构建洪涝淹没分析模块,将圩区概化为"零维调蓄单元",实现圩区的精细化模拟,与细化后的太湖流域水文水动力学模型耦合,建立能够可靠模拟太湖流域洪涝淹没状态的数学模型.选择2016年流域性暴雨洪涝资料进行模拟验证,与代表站实测水位及实际洪涝灾情分布对比表明,构建的洪涝淹没仿真模型可靠有效.针...