张力腿平台内孤立波载荷及其理论模型

在大型重力式密度分层水槽中,对内孤立波作用下张力腿平台的载荷特性开展了系列实验.基于两层流体内孤立波KdV(Korteweg de Vries)、eKdV(extended KdV)和MCC(Miyata Choi Camassa)理论,建立了张力腿平台内孤立波载荷的理论模型,给出了该理论模型中三类内孤立波理论的适用性条件.研究表明,张力腿平台的内孤立波水平载荷包括立柱与沉箱部分的拖曳力和惯性力,可由Morison公式进行计算,而其竖向载荷主要为竖向Froude Krylov力,可以通过内孤立波诱导动压力在立柱底部及沉箱上下湿表面进行积分计算.系列实验结果表明,在Morison公式中的拖曳力系数与内孤立波诱导速度场的雷诺数之间为指数函数关系,惯性力系数与KC(Keulegan Carpenter)数之间为幂函数关系,而且基于所建立理论模型获得的张力腿平台水平力、竖向力及其力矩的计算结果与系列实验结果吻合.本项研究在系列实验基础上,为海洋工程张力腿平台的内孤立波载荷预报提供了一个实用的理论计算模型.     

Cokelet理论在波流计算中的应用

应用Ｃｏｋｅｌｅｔ方法，计算了波流共同作用下的极限波高和波浪的相对角频率． 计算表明：当水深不是太浅时．计算结果与Ｄａｌｒｙｍｐｌｅ计算的极限波高，以及线 性波理论计算的相对角频率是十分接近的；而当水深很浅时则有一定的出入。     

离岸式振荡水柱串联气室三维仿真分析

振荡水柱(oscillating water column,OWC)波浪能采集装置气室结构优化对波浪能采集效率具有重要意义,采用计算流体动力学分析(CFD)技术研究了气室尺寸和结构的优化问题。应用FLUENT软件水质点造波法和动量源项消波方法建立基于线性波浪理论的三维数值波浪水槽。模拟在周期T=3.5s波浪下对单气室尺寸优化,在此基础上建立三维双气室和三气室串联模型研究各气室内水动力变化规律。结果显示:在一定尺寸范围内增大气室开口以及合适的气室高度可增大气室波浪振动幅度,提高波能转换效率;串联气室中,先与波浪发生作用的气室比后与波浪发生作用的气室水动力性能好。     

埋入式基床直立堤前波浪击堤性质及其作用力的研究

直立堤前波浪按以往研究仅有立波及破碎型波（击岸波及破碎波）两形态,对于立波波压力有较充分的研究但对破碎型波浪压力研究不足。本研究的目的即在于搞清堤前波浪的性质及破碎型波浪压力的作用规律。 研究结果表明直立堤前有三种形态的波浪存在,即立波、过渡型波及破碎波。其形成条件不仅与水深及波高有关,且与波陡．堤前地形变化（底坡,地形的起伏及糙率）、基床型式等有关。文中着重指出了有堤后波浪破碎条件及其形态与无堤时的差别,指出了有堤时破碎的二种型态：立波型破碎及击岸型破碎和二种地点：腹点破碎与非腹点破碎。 研究结果还表明波浪破碎击堤的作用力与堤前地形变化的密切关系,阐述了波浪作用力的许多特征,分析了现用波压力计算方法所存在的问题。本文所发表的系研究的一些初步成果。     

多参数耦合作用下海洋立管动力响应实验

为探究多参数耦合作用下的海洋立管动力响应,设计并开展了海洋立管动力响应模型实验。模型实验的主要研究参数分为立管设计参数与流场参数。立管参数：弹性模量,边界条件、顶张力,流场参数：流速和波浪参数（波高及周期）。综合考虑五种参数进行实验室的海洋立管模型实验,模型材料选取了铝（Al）和有机玻璃（PMMA）,分别定性的对应金属立管及纤维复合材料增强海洋立管;边界条件采用两端铰接（S-S）和铰接-固接（S-F）;顶张力选取 10N和30N;外流速采用 0.3m/s和0.7m/s;波浪考虑波浪的大小分别选择周期为1.0s波高为5cm的小波浪和周期为2.0s波高为15cm的大波浪。实验研究了立管模型在 32种不同工况参数搭配下的动力响应情况,通过对实验数据分析,得出了多参数耦合作用下各参数对海洋立管的影响效果。结果表明：立管振幅与弹性模量、约束数量以及顶张力的大小成反比,与流速及波浪大小正相关,特别是在垂直来流方向,直接影响立管是否发生明显的涡激振动。     

气吸式扇贝脏器分离装置流场计算机模拟

研究了一种气吸式扇贝脏器分离装置.建立了不同尺寸的变截面进风口的模型,以压力实验值作为数值模拟的边界条件,以气吸式扇贝脏器分离装置的气室为研究对象,运用Flow EFD软件对分离装置的变截面进风口在抬升吸附、脏器抽取和贝壳置回3个阶段的进风口流场特性进行数值模拟.并对上述3个过程分别进行了试验.结果表明:数值模拟结果与实际情况吻合良好,气室下部气流分布均匀,气室内吸孔之间的气流没有明显干涉,半壳贝吸附抬升、内脏分离和置回过程均能顺利完成.     

波浪崩破时的能量损失

首先通过实验测量和理论计算得到波浪崩破时的速度场，然后根据该速度场利用ＶＯＦ法计算波浪破碎后的波高值；计算结果与实验值吻合较好．另外，利用涌潮模型计算了波浪的破碎系数Ｂ，结果发现在实验范围内该系数接近于一常数．     

沙墙吸能作用对爆炸冲击波影响的数值分析

由沙袋堆积起来的沙墙对强冲击波具有很好的消波吸能作用,在爆炸实验中对结构有一定的防护作用.沙墙在爆炸冲击波作用下,飞散形成颗粒相,吸收冲击波的能量,降低冲击波对结构的冲击作用.分别使用通用非线性动力学数值计算程序LS-DYNA和自编的多相流程序,计算了某封闭空间中沙墙对爆炸冲击波消波吸能的作用.自编的多相流程序可以计算沙子的飞散,可以考虑对流、辐射传热的吸能作用.LS-DYNA没有这些功能,但是却可以模拟复杂的爆炸与结构相互作用的问题.两种程序对比计算的结果可为使用商业软件LS-DYNA进行类似的复杂数值计算提供参考和修正.     

不同结构形式码头港内波高分布及越浪量试验研究

【目的】研究码头本身结构形式对港内波高分布及越浪量的影响。【方法】通过整体物理模型试验,以某码头扩建工程为例,对比分析了普通沉箱码头及开孔沉箱码头港内波高分布以及不同面高程下的越浪量。【结果】开孔沉箱码头在减小港内波高及越浪上相比普通沉箱码头更有优势;码头面高程是影响越浪量的重要因素。【结论】为有效地控制港内波高及减小码头越浪量,工程中可优先考虑采用具有良好消浪性能的开孔形式码头,同时在经济技术可行的条件下尽可能地提高码头面高程。     

基于波能守恒方程模拟近岸波流场

基于波能守恒方程对平直斜坡上近岸波浪场以及近岸波浪斜向入射破碎后所产生的沿岸流场进行数值模拟.鉴于平直斜坡地形较简单,便于简单计算,利用基于波能守恒方程建立的波浪场数学模型计算得到波高的变化,从而利用Longuet-Higgins计算辐射应力.在此基础上,利用近岸波流场数学模型对实验波况下的波流场进行模拟,并将数值模拟...     

准椭圆沉箱群墩结构波浪力试验研究

通过物理模型试验研究不规则波对准椭圆沉箱群墩结构波浪力的影响.试验中入射波向为0°～22.5°,平均周期为1.03～1.63s,准椭圆沉箱的相对间距L/D(L为沉箱间中心距、D为沉箱宽度)采用2.00、2.68和3.00.试验的模型比尺为1∶50.试验波谱采用改进的JONSWAP谱,试验包含72个不同的试验组次.对试验数据进行统计分析,给出了入射波向、周期、相对间距等因素与准椭圆沉箱所受波浪力之间的关系,并讨论了准椭圆沉箱侧壁开孔对结构物所承受波浪力的影响.研究结果表明,沉箱相对间距的增大可以减小沉箱承受的正向波浪力;侧壁开孔可以显著降低沉箱承受的横向波浪力.     

振荡浮子式波能转换装置阵列的物理模型水池试验

 振荡浮子式波能转换装置在防波堤上进行阵列化布置时,各装置的浮子获能体之间会发生复杂的水动力相互作用,影响装置的运动和发电性能。开展物理水池试验,研究了防波堤前振荡浮子式波能装置阵列的水动力响应特性,着重分析了不同波浪条件下浮子尺寸和分布间距对装置运动性能和发电功率的影响规律。研究发现,在所考虑的参数范围内,相同波况条件下,小半径浮子波能装置的发电功率更高;窄频带波浪环境中,小间距布置有利于产生更大的功率峰值,且入射波高对装置的发电功率有显著影响。     

振荡水柱波能转换器的消反射特性研究

基于势流理论,建立了振荡水柱(OWC)型波能转换器的二维数学模型.采用去奇异的边界积分方程法(DBIEM)模拟了完全非线性波.通过调整OWC腔室内振荡压强的幅值和相位,使OWC工作于消反射状态.研究了波能吸收效率与OWC腔室内振荡压强的幅值、相位的关系.数值计算表明:消反射时,OWC的波能吸收效率比传统形式的OWC高很多.在消反射状态下,OWC腔室内振荡压强和通过透平气体流量的幅值增大且二者存在相位差,这与传统的OWC是不同的.最后提出了不同于传统形式的新型OWC波能转换器的设计思路.     

珊瑚礁地形上胸墙波浪力大水槽试验

基于大比尺波浪水槽试验,开展了珊瑚礁地形上的波浪与斜坡堤相互作用试验。在不同水深和波浪条件下测量斜坡堤胸墙的水平力和浮托力,并与规范值进行对比。试验结果表明:胸墙的波浪力受波浪破碎后的堤前壅水、破碎波高和水流冲击的共同影响;胸墙水平力呈矩形分布,浮托力呈三角形分布;由于波浪在珊瑚岛礁上传播过程中的能量耗散,平均水平力和前趾浮托力试验结果均小于采用深水波要素计算的规范值,所提出的基于胸墙距礁缘的相对距离和礁盘上相对水深的波浪力修正系数,修正后的公式计算结果与试验值吻合较好。     

东洞庭湖最大熵法风浪谱估计

根据东洞庭湖风浪观测资料,分析了最大熵法估计风浪谱(MEM)的谱型曲线的影响因素.研究结果表明,MEM法提高了谱估计的精度,对于较短的序列也能得到较好的谱估计结果.由最终预报误差准则(FPE准则)确定最大熵谱的阶数M,得到了东洞庭湖小风区风浪谱的估计公式以及波浪要素与谱的关系式.利用该公式计算的结果与实测值比较,符合良好.     

韩国周边海域的畸形波概率分析

为了加强对近海畸形波发生概率的认识,利用2009年韩国周边海域9个测站的波浪资料,在基于波压资料直接定义畸形波的基础上,探讨韩国近海畸形波的发生概率及其与有效波压高、季节和水深等3个主要参数的关联特性。结果表明:韩国近海畸形波发生概率与瑞利分布预测值相近,且不随有效波压高、水深的大小而发生变化,而畸形波频发时节随着测站地点的改变而改变。有效波压高、水深、季节与韩国近海畸形波的发生并无明显相关性。     

混合气压力对爆震波特征参数的影响规律

在混合气当量比一定的条件下，采用平衡常数法对烃-空气系统的爆震燃烧产物的平衡温度、平衡压力及爆震波速进行了计算及比较。在此基础上研究了混合气压力对爆震波特征参数的影响规律。结果表明：在同一当量比下，平衡温度和爆震波速随混合气压力变化规律一致，随着初始压力的增大而增大，逐渐趋于一最大值。平衡压力与初始压力呈线性增大。同时，对于不同燃料，分子量越大，其平衡温度、平衡压力就越大。     

海浪过程对短期天气模拟的影响分析

利用海洋-大气-海浪耦合模式COAWST进行了两组以东海区域为中心的72 h模拟试验。通过对比考虑动态海浪过程与未考虑该过程的试验结果，分析动态海浪过程对短期天气模拟的影响。结果表明，考虑动态海浪过程后将增强海表感热、潜热通量的模拟，造成海表大气增暖增湿。这一暖湿差异将促进大气垂向运动的发展，造成海平面低压发展，并进一步影响大气流场的变化，增强局地升温效果，有利于形成正反馈。该暖湿差异在南海西北部与菲律宾海域最为明显，且随高度上升逐渐减弱，至500 hPa高度时差异基本消失。     

双波群产生的低频波浪的实验研究

对五个不同海岸坡度（1：20、1：40、1：60、1：80和1：100）,进行双波群产生低频波浪的物理模型实验研究,研究所产生低频波浪的特征。结果表明,低频波浪的个数对大于1：80坡度的海岸是2个,而对1：100坡度的海岸是1个;低频波浪的波峰时间间隔近似等于波群周期;波谷时间间隔与波高无关,但依赖于波群周期和海岸坡度,本文根据实验结果给出该依赖关系的表达式。