缓坡上不规则波浪的破碎指标

在文献[1]中作者在总结了已有研究成果的基础上,通过实验分析和理论计算,提出规则波浪的破碎指标宜采取合田的相对波高极值(H/d)_b与Michell及Miche的极限波陡指标(H/L)_b。本文将其推广应用于不规则波。     

多向聚焦波浪作用下直立圆柱受力的实验研究

利用波能聚焦的方法在水池中模拟产生多向聚焦波浪,研究了多向极限大波作用在垂直圆柱上引起的波浪力的特点。实验中研究了不同的波浪参数,如聚焦波幅、谱峰频率、频率宽度和方向分布等多向聚焦波浪对圆柱作用的影响,并将实验结果与二维实验结果进行了比较。结果表明聚焦波浪参数对圆柱作用力具有明显的影响,并且实验结果与二维规则波结果相当,但比二维聚焦波浪实验结果要小。     

小尺度圆柱上不规则波流力的极值分布

本文通过实验研究分析了作用于垂直圆柱上正向波浪水流力的极值分布，分析表明作者提出的简化计算模式与实验结果符合较好；ＫＣ数较大时也可以采用Ｗｅｉｂｕｌ分布，其形状参数α及尺度参数β与ＫＣ数具有较好的相关性。     

土石坝设计中波浪要素的确定

在土石坝设计中,波浪计算所确定的最大波浪在坝坡上的爬高是坝顶超高值的主要组成部分,作为一名水利工程设计人员如何使波浪计算成果使之即符合规范要求又符合具体工程的实际情况,其中合理确定波浪要素是波浪计算中的关键环节.     

波浪在水流作用下的变形

本文通过实验研究，分别观测了规则、波单向不规则波和多向不规则波在不同流速条件下的情况，同进利用静水中的实测波浪资料通过理论计算，分析了在水流中的波浪，并将计算值与实测值做了对比。比较表明，当波浪主方向与水流、法线方向的夹角不过大时，计算与实验吻合较好，表明所推荐的理论方法是可行的。     

波浪作用下的泥沙起动

在探讨波浪作用而引起的泥沙输移时，首先应确定泥沙的起动条件。Madsen和Grant曾把单向水流Shields起动曲线推广到波浪作用下的泥沙起动中去。本文通过对单向水流作用下的泥沙起动希尔兹（Shiclds）曲线的分析，阐明波浪作用下泥沙起动与水流希尔兹（Shields）曲线产生误差的原因，由此提出波浪作用下泥沙起动Ψ_m～S_*曲线。大量实验资料表明:该曲线与实验值有着良好的一致性。     

风对二维极值波作用的数值研究

实际海域中风浪往往共存,当极值波浪出现时,风会对其特性产生很大影响。为了研究风对极值波浪特性的影响规律,该文基于势流理论建立自由水面满足完全非线性边界条件的风浪混合作用数值水槽模型,通过实时模拟造波板运动产生入射波,并基于波群聚焦原理定点产生极值波浪,利用改进的杰弗里斯遮蔽原理(Jeffreys'sheltering mechanism)将风压引入到自由水面动力边界条件中。在时域模拟中,采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪瞬时水面,利用格林第二定理建立了边界积分方程,采用高阶边界元方法进行离散求解。通过与已发表实验结果对比验证模型的准确性,进而开展数值实验研究风对极值波浪水动力特性的影响,包括聚焦幅值、聚焦位置和极值波高随风速的变化以及波群聚焦和解焦过程波浪演变特性等。     

堤防工程设计波浪爬高分析与计算

根据有关规范及资料,综合论述了堤防工程设计时,由风场要素推求设计波浪要素、波浪传播变形及波浪爬高分析计算方法,结合实际工程对不同方法进行比较,提出合适计算方法.     

杭州湾设计波浪要素的推算

基于第三代浅水波浪数值模型(SWAN),采用三角形网格技术,对杭州湾内N～NNE向50年一遇设计波浪要素进行数值模拟,并将数模计算结果与海洋站实测值和莆田公式计算值进行比较分析,说明了数值解的合理性,相关方法和结果可为今后杭州湾内工程波浪要素的推算提供借鉴。     

作用于直墙堤上不规则波破波波浪力的统计分布特性

根据不规则波破波波浪对直墙堤作用力的实验资料进行概率分析，本文指出概率分布可用威布尔分布表述，并提出了其形状参数ｍ与波浪要素和基床条件等参数的拟合关系，其尺度参数ａ可由ｍ值通过二者间的理论相关式求得，分析成果与实验结果符合良好。     

内置软管的管道水锤波速理论计算公式

内置软管或软条是水锤模型实验中降低水锤波速的有效措施之一,然而目前没有相应的理论计算公式,具体波速只能通过实验测定.本文应用弹性力学理论,导出内置软管的水平管道水锤波速公式,并通过理论分析和与模型实验以及有限元计算的对比,验证了计算公式的可靠性,最后对影响水锤波速的因素进行了敏感性分析,结果表明软管的弹性模量和尺寸等参数对水锤波速的影响较大,而软管泊松比、初始水压力和软管内充气压强的影响相对较小,并且软管弹性模量越小、外径越大则管道水锤波速越小.在尺寸相同的条件下,内置含钢线软管是降低水锤波速的最优方案.     

波浪和水流共同作用下水流时均流速分布

近年来的实验研究表明波流同向与波流逆向时的平均水流流速分布规律相差很大，这些差别是由波浪、水流共同作用所造成的。同时，研究波浪水流共同作用下的水流流速特性对揭示波流相互作用机理也非常关键。本文在建立波流边界层模型的基础上，建立了二维全水深波流数学模型，求解了波流共同作用下边界层内外的流翅构。数值模拟的结果表明：波流同向时上层Euler时均流速减小，波流逆向时上层Euler时均流速增大，数值结果与实验数据有较好的一致性。本文模型的结果较好地解释了波流相互作用的机理。     

新型波浪能发电装置的运动学分析

以开发利用海洋中的波浪能为要求,本文设计了一种漂浮式波浪能采集装置的新型波浪能发电系统。描述了装置的工作原理。并采用UG软件仿真对装置进行了运动学分析,仿真计算了该装置不同速度输入函数和恶劣海况条件下的传动性能,对传动过程的传递效果进行验证。研究结果表明:实验装置附加各类常见速度函数工作状态正常。实用性能高,对海况条件有较好的适应性。仿真效果与理论计算有较好的一致性,对漂浮式波能发电装置理论研究具有指导意义。     

水击基本方程的改进

本文首先指出了当前用于水击计算的数学模型中的连续性方程式在恒定流时不能成立的问题,并通过进一步的理论推导,得到了新的水击波速计算公式和新的连续性方程。新的水击波速计算公式表明水击波速并非是一个常量,它的大小随流体动能沿程变化率与压强势能沿程变化率之比的变化而变化,同时也随管道断面相对变化量与压强相对变化量之比的变化而变化。新的连续性方程改善了老方程存在的不合理现象。本文还通过对水击现象的计算比较,进一步说明了老方程的确存在不合理现象,而新方程的计算结果是合理的。最后,分析指出了当前用于水击计算的连续性方程式在恒定流时不能成立的原因所在。     

库岸滑坡涌浪首浪高度试验研究

滑坡体的几何特征以及滑坡发生的空间特征直接影响滑坡入水时涌浪的产生及其传播情况,而首浪高度是滑坡涌浪灾害评估的重要指标。为探究各滑坡特征因素对首浪高度的影响规律,使用弯曲河道型水库物理模型进行了试验研究。分析滑坡涌浪的影响因素,利用正交试验法拟定试验方案测得首浪高度数据,然后对试验结果进行方差和极差分析,再结合已有计算公式得到首浪高度的无量纲计算公式,采用多元线性回归方法分别进行线性函数、幂函数、指数函数的公式拟合,并以龚家方滑坡为例验证了公式的准确性。结果表明:河道水深和滑坡体厚度对首浪高度影响最为显著;幂函数形式的首浪高度经验公式拟合程度最好;将滑坡体形状概化为偏长形的长方体时,运用经验公式计算的结果更为准确。研究成果可供滑坡涌浪灾害治理及预防研究参考。     

ANALYTICAL STUDY OF WAVE MAKING IN A FLUME WITH A PARTIALLY REFLECTING END-WALL

Based on the eigenfunction expansion technique, the wave generation by a piston wave maker in a wave flume with a partially reflecting end-wall is studied. The corresponding velocity potential and wave elevation in the flume are obtained. The present analytical solution is verified by the numerical results obtained from a time-domain higher-order boundary element method in a closed flume. Numerical experiments are further carried out to study the difference between the partial/full reflection boundary and the transmission boundary and the effects of the reflection coefficient and the motion period of the wave maker on the wave height. Meanwhile, the natural frequency of the wave flume can be obtained from the analytical expression. The resonance occurs when the motion frequency is equal to the natural frequency. Even the partial reflection of the end-wall in the wave flume experiments has a great influence on the wave height, therefore, inaccurate measurements would be resulted in long-time simulations, especially when the wave frequency approaches the wave flume natural frequency. The present study can serve as a guidance for the physical experiment in wave flumes.     

基于加权本质无振荡格式的二维溃坝水流数值模拟

将加权本质无振荡WENO(Weighted essentially nonoscillatory)格式和Runge-Kutta时间离散的思想应用于二维浅水控制方程的求解中,建立了模拟大坝瞬间全溃或局部溃倒所致的洪水演进过程的数学模型。应用该模型对一维矩形明渠中大坝瞬间全溃所致的水流运动进行了数值计算,并与理论解进行了比较,证实了方法的可靠性。最后用该模型预测了矩形河道中大坝瞬间局部溃倒时的洪水演进过程,模拟结果与实际相符。算例表明采用WENO格式所建立的高分辨率溃坝模型能够很好地模拟溃坝波的演进过程。     

斜拉桥单塔结构在波浪作用下的数值模拟与试验研究

为了更准确的得到斜拉桥单塔结构的群桩承台基础上的波浪力,采用CFD方法,依据Stokes二阶波理论在FLUENT中运用边界造波法进行造波,数值模拟波浪作用下斜拉桥单塔结构的桩和承台上的一些点的动水压力,将这些动水压力与试验测得的动水压力进行对比,验证了CFD方法在模拟群桩承台结构波浪力方面的有效性。用有限元软件ANSYS建立斜拉桥单塔结构有限元模型,分别对结构的加速度、位移、应力结果进行分析。将数值模拟的加速度与试验加速度对比分析,验证了将点的动压转化为波浪集中力及施加到有限元模型上的方法是合理的。对位移和应力分析可知,斜拉桥单塔结构在波浪作用下是安全稳定的,与试验观测到的现象相一致。     

波浪形态及方向分布对港域波浪传播的影响

航道开挖会对波浪的传播产生显著影响,使港内波浪及泊稳条件发生变化。依托物理模型试验结果,验证了MIKE21中BW数值模型的合理性,证实二者结果吻合良好,随后利用该模型对比分析了在规则波、单向不规则波以及多向不规则波作用下,港域波浪扰动系数的分布规律及区别。结果表明：小角度入射波浪下,单向不规则波与规则波在航道迎浪面边坡发生的波能聚集现象明显强于多向不规则波;多向不规则波的方向分布对波浪在航道中的传播产生影响,波浪方向分布范围越窄,航道的折射效应及能量汇聚过程也越明显,航道边坡上的扰动系数也越大。因此在实际工程的航道设计中,应该考虑到不同形态波浪及多向波方向分布在航道传播过程中的差异,尤其在某些涌浪作用较强、波浪能量分布较为集中的港域,以单向不规则波甚至是规则波作为入射波浪将更加合理安全。     

考虑底摩阻损耗的波浪传播与衰减计算的边界元法

边界元法在势流计算中具有使问题降低一维的优点。为了将边界元法与基于粘性流体理论的底部波能损耗结合起来,本文采用一种包含底摩阻系数的底部边界条件,可以在考虑底摩阻损耗的情况下计算极平缓岸坡上波浪的传播与衰减。数值结果得到了物模实验数据的验证。