三维非线性波浪绕射问题的改进模型

本文提出离岸海洋工程结构物(固定式)承受非线性波浪力的数值计算方法,是对文献[9]内容的改进。在开边界的辐射条件中波速C不假设为常数,而通过迎风差分格式确定局部波速的瞬时值。使得原模型可以合理地推广至变有限水深情况。本文所提出的空间有限差分法与时域的步进法能有效地和稳定地进行数值计算。以孤立波和椭圆余弦波对圆柱体的作用分析为例,数值结果表明了预期的效果。     

用误差传播法计算波浪折射和绕射

在改进文献[1]的计算模式的基础上,应用误差传播法考虑边界存在反射情况下波浪的折射和绕射联合计算。已有的计算结果表明,该法较好地抑制了文献[1]中波浪缓坡方程解的数值波动现象,与缓坡方程的其他数值计算法相比,该法考虑了反射的影响,还能节省计算机内存和机时。     

室内模型试验中波浪绕射的多波向合成

用频谱和单一方向的不规则波来分析海浪或在试验室内进行模拟,是目前的一种倾向。实践证明,仅用频谱已不能充分描述海浪的特性,同样,用单一方向的不规则波进行港口掩护试验,已不能确切反映港口的实际波况。波浪绕射很大程度上取决于入射波的方向。而且用规则波的绕射结果进行工程设计,将是偏于不利的。因此,在波浪绕射模型试验中需应用方向谱。本文通过单一方向不规则波乃至规则波,进行波浪绕射的多波向合成,而达到方向谱波的实际效果。这对合理设计港口工程,有着现实意义。     

折射——绕射组合的计算

本文讨论描述简谐波折射和绕射组合现象的二维微分方程的推导和求解这方程的方法。该方程借助小参数的展开导出,其求解的方法是基于有限元法和源分布法。     

瞬间全溃溃坝波的传播、反射和绕射的数值模拟

将二维浅水方程解耦并进行空间差分分裂，应用通量限制的组合型ＴＶＤ格式，分别求解分裂后的一维双曲型方程组，针对瞬间全溃情况下溃坝波的运动问题，对溃坝波的传播、反射和绕射进行数值模似，揭示出溃坝波复杂的运动特性，为溃坝灾害性分析和防灾减提供科学依据。     

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。     

非线性波浪绕射问题的数值计算

本文给出非线性波浪绕射问题的计算模型,并用时间步进和边界元法求解。该模型能适用于严重非线性情形,且能满足初始条件和辐射条件。作为对该模型的检验,我们对孤立波绕过穿刺水面的直立圆柱的算例进行了计算,并同Isaacson的解析解、李宝元的差分解进行了比较,结果吻合很好。此外我们还用数值方法同时模拟造波机造波和求该波与直立圆柱的相互作用。结果表明,数值波浪水池能够以尽可能短的暂态过程,模拟波浪与物体的相互作用,提供良好的初始条件。数值波浪水池还能用于任意水深、任意水底形状下的相互作用问题。本文的计算模型和算法具有机时省,计算稳定的优点。     

Stokes二阶波对圆柱的绕射

本文介绍绕圆柱的二阶Stokes波的简单计算方法,并将它与其他计算结果作比较。结果表明本方法有简单及足够的精度的优点。     

优化Microstation中地质Mesh界面的方法

文章利用GOCAD的DSI插值技术,以工程区地形等高线为例,在GOCAD中插值重构了地形界面,分析了待建模区域等高线完整和部分缺失情况下的地形建模方法;通过MDL自编程序,将所得网格节点数据导入Micro Station快速形成Mesh面。Mesh面在保证精度的同时,节点数得以大大优化,较好的弥补了Micro Station"地形模型"模块在构建地质界面的不足,具有一定的工程参考价值。     

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.     

基于新安江模型的降雨不确定性传播

基于模糊隶属度理论,结合蒙特卡罗方法,定量分析了降雨不确定性在新安江模型中的传播特性及其对流量过程的影响。用模糊隶属度函数表示降雨量的不确定性,用蒙特卡罗方法把3 h雨量随机解集为1 h数据,以表征降雨时程分布的不确定性影响。应用新安江模型对褒河流域进行径流模拟。结果表明,雨量量级大小的不确定性在降雨不确定性中占据主导位置,降雨时程分布的影响次之。     

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。     

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。     

基于多孔介质模型的有限柱群绕流模拟

河道中的植被水流可视为多孔介质流动,可采用多孔介质水流模型模拟流动特征。本文基于自主开发的带有自由表面水流计算模型,耦合多孔介质模型,建立了模拟植被水流的数值模型。水流模型基于静压假定的浅水流动假设,自由表面的捕获采用垂向坐标变换方法,植被区通过时空变化的孔隙率进行模拟。并采用物理模型实验数据对所开发的多孔介质水流模型进行验证,验证结果表明该模型适用于植被水流的宏观效应模拟,包括尾流区流动特征等。在植被水流尾流场形态研究方面,多孔介质模型计算效率较高,模拟精度有一定保证。该模型可进一步应用于大尺度植被水流运动特征的研究。     

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。     

用格子Boltzmann方法模拟涌波的反射与绕射

本文应用格子Boltzmann模型建立离散动力学模型,并利用Chapman Enskog对模型的方程组进行展开,建立了模拟二维浅水动力学的方程组。在从理论上证明了它严格地满足质量和动量的基本守恒定律的基础上,应用所建立的模型进行数值试验,模拟了溃坝涌波现象及其与固壁和建筑物的相互作用。利用这一模型计算了溃坝波与水中方柱和圆柱的相互作用,以及明渠内的涌波的反射和绕射复杂流场。该模型具有显式的表达形式,易于编程应用;粒子运动是彼此独立的,适合于并行数值计算;边界条件易于处理;易于处理多相流动微观机制等优点。