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。     

聚焦波浪与直立圆柱作用的数值模拟

基于Fluent平台建立了可用于波浪传播模拟的数值计算水槽,利用不同波浪参数的线性规则波模拟分析了网格尺度L/Δx对产生波浪质量的影响,确定数值水槽的网格划分尺度,并验证了阻尼消波的有效性。在此基础上,用模拟频谱的方法对聚焦波浪的传播进行了数值模拟,通过数值模拟与物理试验不同位置处的聚焦波波面和聚焦点下水质点速度时间过程线对比,验证了模拟频谱方法数值计算的有效性。进一步对聚焦波浪与直立圆柱的作用进行了数值模拟,数值模拟聚焦波面过程、聚焦波浪水质点速度、圆柱周围波浪波动过程、圆柱上所受的波压力等,并与试验结果进行了对比,数值计算结果与试验结果吻合很好,验证了所建立的数值水槽的有效性。对聚焦波波面和压力特征值进行了误差分析,并分析了误差的产生原因,为进一步研究聚焦波浪与工程结构物的作用奠定基础。     

两层黏性流体中直立圆柱体绕流的三维数值模拟

研究了两层流体中直立贯底圆柱体的三维黏性绕流问题.以不可压缩Navier-Stokes方程为控制方程,应用VOF方法追踪两层流体的内界面,建立了该问题的数值模拟方法.成功地数值模拟了两层流体中圆柱体黏性绕流产生的三维尾涡特征,表明了流体的密度分层效应对直立贯底圆柱体的尾涡特性和阻力系数都是有影响的.在海洋立管涡激振动的研究中,考虑流体的密度分层效应是重要的.     

部分可渗透直立圆柱的消波作用研究

本文导出了线性波浪作用于上部可渗透的直立刚性圆柱体上的水动力的解析解。在线性有势流的假定下，用特征函数展开方法求出了内部和外部流场的解。给出了不同波浪要素及结构尺寸参数下的数值结果。由结果可知，提高可渗透性可以有效消减波幅。     

Numerical simulation of dam break flow impact on vertical cylinder by cumulant lattice Boltzmann method

The purpose of this study is to apply the cumulant lattice Boltzmann method(LBM)to simulate high Reynolds number free surface flows.The single-phase cumulant LB...     

波流作用的近岸圆柱局部床面侵蚀

波浪流对近岸浅水带床面作用强烈,该区域结构物局部床面侵蚀显著,潜存致灾威胁。用三维数值方法研究了瞬态孤立波作用下非黏性沙海床上的近岸圆柱体局部冲刷规律,分析了波浪流冲刷的3类主要影响要素,讨论了近岸地形条件影响下的波流冲刷深度。研究认为,表征浅水波流特征和柱体尺度的无量纲数Urp与KC数存在非独立关系,二者均能分别反映波流冲刷的主要规律;表示泥沙运动的力学参数Shields数在波流动床条件下仍对柱体局部冲刷有贡献;近岸地形通过床面坡度对波破碎的增强及堤岸挡墙对波浪的反射,都会影响到局部冲刷。     

圆柱墩群上波浪力计算

根据平面波与圆柱群相互作用理论，计算了柱群由4个同径柱分别分布在正方形和矩形角点上，4个异径柱分布在矩形角点上和9个同径柱等间距分布的柱列等4种情况的柱上波浪力。     

直墙前直立圆柱纵荡问题的研究

应用镜像原理，将直墙前单个圆柱的纵荡问题转化为双柱在静水中的相向振荡问题，应用速度势的特征展开法，建立了直墙前垂直圆柱纵荡问题的解析解。通过数值计算研究了圆柱与直墙间距离大小、水深等因素对附加质量和辐射阻尼的影响。计算结果表明，直墙前圆柱上的附加质量和辐射阻尼明显不同于开敞水域中单柱纵荡的情况，且随着波数的变化发生振荡。     

基于LES方法圆柱绕流三维数值模拟

该文采用计算流体软件CFX5中Large-eddy simulation(LES)模型计算了均匀流场中三维圆柱绕流的水动力特性。使用有限体积法对三维N-S方程进行求解。数值模拟着重研究了高雷诺数时展向各截面的压力、阻力、升力及涡管特性。数值计算结果表明:展向各截面柱体受力关于中截面对称且小于二维情况,柱体周围流场呈现明显的三维特性。     

不规则波作用下墩柱周围局部冲刷研究

对相对柱径较大（0．15〈D／L〈0．5）的圆柱式结构物在不规则波作用下周围的局部冲刷情况，进行了多组试验研究，系统地研究了不规则波作用下圆柱周围地形的变化规律，试验中分别考虑了波浪的波高、周期、水深、泥沙粒径及圆柱直径等因素对圆柱周围局部冲刷地形的影响，分析了圆柱周围冲淤地形形成的机理，特别是对床面泥沙粒径因素进行了详细分析，认为波浪作用下圆柱周围冲刷深度与床面粒径并不成反比关系，而是在d50=0．18mm附近最小，在此基础上提出了不规则波作用下圆柱周围最大冲刷深度及其发生位置的计算公式。     

直墙波浪力计算中几个问题的探讨

由于近岸波浪动力受地形等主要因素的影响变化剧烈,尤其伴随着波浪破碎,增加了直墙上波浪力确定的困难。直墙上波浪力的确定在现阶段仍以物理模型试验为主。然而,不同的研究者所得的结果往往差异较大。文中通过物理模型试验,对直墙上波浪力计算中几个常见的问题进行了进一步的研究和探讨,提出同时刻压强沿水深的分布型式主要有局部冲击型、均匀分布型和过渡型三种。分析结果可为直墙波浪力更为准确的确定提供依据。     

基于Boussinesq方程的陡峭礁坪上波浪传播变形数值模拟

为了探究应用基于二阶完全非线性Boussinesq方程开发的Funwave-TVD波浪模型模拟波浪在陡峭礁坪上传播变形的可行性,在采用试验及已有文献成果进行可行性验证的基础上,利用该模型模拟了波浪在陡峭礁坪上的传播变形过程,分析了不同波浪要素及不同水深情况下波浪在陡峭礁坪上的传播规律。结果表明:当波高与水深的比值超过一定值时,波浪发生破碎,波高迅速减小;对于深水情况下的陡峭礁坪地形,当波浪离开礁坪坡脚的水平距离为4倍入射波长及更远时,礁坪上的平均波高可降低为稳定值。     

基于Flow-3D的陡坡弯道水流三维数值模拟

弯道急流有其独特的冲击波现象,流态极其复杂,为研究弯道对急流的影响和提出改善措施增添了困难。采用RNG k-ε双方程紊流模型和VOF法,以某工程溢洪道为依托,利用Flow-3D软件,对陡坡弯道段的急流进行了三维数值模拟,通过物理模型试验数据的验证,显示数值模拟结果的正确性。通过计算结果,分析了陡坡弯道对急流流态的影响,提出了导流墙法的弯道急流优化方案,通过物理模型进一步证明,采用导流墙法可有效改善急流弯道水流流态,表明借助Flow-3D软件对弯道水流进行三维数值模拟是可行的。     

脉冲波作用下竖直弹性板的水弹性响应

基于线性势流理论,将流场分为3个部分:入射势与反射势部分、辐射势的记忆部分、辐射势的瞬时部分,竖直弹性板的时域振动基于模态叠加法,利用傅里叶与拉普拉斯变换求解流场控制方程,与板的振动方程耦合,推导得出波浪作用下竖直弹性板的时域耦合方程,并利用二级四阶隐式Runge-Kutta法求解方程。首先给定竖直板一个初始弯曲,得到的结果与解析解和数值解结果吻合良好,验证了方法的正确性。其次对脉冲波作用下弹性竖直板的响应进行研究,分析了板的刚度系数、质量系数、脉冲幅值和边界条件对其水弹性响应的影响。研究结果表明,刚度系数对板的振动频率影响很大,脉冲幅值与板的振动幅度正相关,两边固定时对竖直弹性板的疲劳损伤最严重。     

大直径薄壁圆筒直立堤变形机理分析

本文在对大直径薄壁圆筒直立堤变形特征详细调查的基础上,结合钻探、测量、水下检查及不利因素分析,对薄壁圆筒直立堤中部及拐角部位的变形特征和变形机制进行了研究,并结合变形机制确立了补救措施。研究表明:大直径薄壁圆筒的倾斜与筒内填料高度变化之间有着相互因果关系;中部圆筒变形是筒内填料原始缺失,抗倾能力低所致,回填筒内填料即可保障运行;拐角位置圆筒直立堤变形是因为该位置波浪作用大,抗冲刷能力低,导致堤前护坦石缺失、基床受损,圆筒产生变形后,顶部与圆筒结构相独立的胸墙在圆筒变形及重力的双重作用下产生了协调变形,修复堤前护坦石并柔性处理胸墙间接缝即可保障运行;该圆筒直立堤的变形均非破坏性的变形,在采取一定的补救措施后,即可抑制变形发展,保证圆筒直立堤正常运行。     

直立方桩上涌潮压力动态测试及分析研究

本文首先介绍了钱塘江涌潮特性及涌潮压力的现场动态测试,通过对测试数据的分析,揭示了直立方桩上涌潮压力的部分规律.然后采用涌潮冲击力、Morison波浪力及迎流面与背流面静水压力差三者相互叠加的方法计算直立方桩上的涌潮压力.通过计算结果与实测结果对比,基本一致,说明用此半经验半理论公式预测涌潮压力是可行的.最后在实测数据的基础上用此方法反演出方桩的冲击系数Cs,对实际工程中涌潮压力的计算有一定的参考意义。     

大直径薄壁圆筒直立堤变形机理分析

本文在对大直径薄壁圆筒直立堤变形特征详细调查的基础上,结合钻探、测量、水下检查及不利因素分析,对薄壁圆筒直立堤中部及拐角部位的变形特征和变形机制进行了研究,并结合变形机制确立了补救措施.研究表明:大直径薄壁圆筒的倾斜与筒内填料高度变化之间有着相互因果关系;中部圆筒变形是筒内填料原始缺失,抗倾能力低所致,回填筒内填料即可...     

受控振动柱体对波浪影响的数值模拟研究

以不可压缩黏性流体的Navier-Stokes方程为控制方程,采用RNG k-ε湍流模型,利用VOF方法追踪运动的自由表面的方法,建立了三维数值波浪与振动柱体相互作用的模型.基于经典绕射理论验证了波浪绕固定柱体传播的数值模型的可靠性,再采用动边界技术赋予柱体振动规律,研究受控振动柱体对波浪传播的影响,并通过控制柱体初始振动相位变化,系统地给出了在柱体振动的不同初始相位下柱体前后波浪变化的规律.     

Numerical simulation of three-dimensional breaking waves and its interaction with a vertical circular cylinder

Wave breaking plays an important role in wave-structure interaction. A novel control volume finite element method with adaptive unstructured meshes is employed here to study 3-D breaking waves. The numerical framework consists of a "volume of fluid" type method for the interface capturing and adaptive unstructured meshes to improve computational efficiency. The numerical model is validated against experimental measurements of breaking wave over a sloping beach and is then used to study the breaking wave impact on a vertical circular cylinder on a slope. Detailed complex interfacial structures during wave impact, such as plunging jet formation and splash-up are captured in the simulation, demonstrating the capability of the present method.