多摇板造波水池中二维规则波的实现

海洋模拟水池用于产生各种波浪，以评价海上钻采平台的可靠性。在石油大学建立的多摇板造波水池中研究了模拟二维规则波的方法。该水池有４０个摇板，每个摇板通过链条由一个直流伺服电机驱动。电机正、反向转动，带动摇板前后摆动，在水池中产生波浪。控制电机按某种规律运行，在水池中就得到了二维规则波。     

摇板式造波机性能实验研究

通过改进后的水池造波系统对工程中常用的规则波和二维非规则波浪的模拟试验，研究了该造波系统的最大造波能力、波浪总谐波变形以及对随机波浪谱的模拟精度等波浪模拟性能．测试数据表明，该造波机控制系统经过技术改进，恢复了二维规则波的模拟功能，提高了造波品质，完全满足船模耐波性试验的要求，可应用于实际工程项目之中。     

Stokes波的数值生成

优良的波浪环境条件是非线性波浪与结构物相互作用问题研究的基础。给出一种在时域中模拟刚性剖面作周期运动辐射生成Ｓｔｏｋｅｓ 波的方法,为数值波浪水池试验提供高品质入射波模型。在频域中对二维二阶辐射问题作数值求解,通过对二阶辐射波传播模式的分析,找出能在水池中生成二阶意义上纯正的Ｓｔｏｋｅｓ波的造波机运动形式。利用边界积分方程的时间步进法进行非线性数值造波的模拟证实了在频域中得到的结论,在数值波浪水池中生成了稳定的带有波前的高品质Ｓｔｏｋｅｓ波。     

二维数值波浪水池中的潜体绕射试验

在摇板式造波机生成的二维数值波浪水池中进行了潜没圆柱的模拟绕射试验。先在频率域中确定造波机的运动形式 ,并在时间域中模拟摇板运动生成带有波前的高品质Stokes波的过程 ,作为入射波条件。数值造波和数值绕射试验采用边界积分方程的时间步进法 ,探讨了在自由面和板面交点处自由面条件与物面条件的相容性、开边界辐射面边界条件、时间与空间域上的数值离散方法等 ,得到了稳定、合理的波形和波浪力时域非线性结果 ,并与相应的频域二阶解的结果作了比较 ,证实了本数值波浪水池试验方法的适用性。     

论推摇混合的造波方式

推摇混合式造波机能比较真实地模拟波浪中水质点的横向运动，因而造波板的简谐运动将有效地转换成平面进行波的运动，衰减波所占的比例小，在距造波板较短距离内可达到波浪的整形，是一种比较理想的造波方式。该文给出推摇混合式造波机产生的平面线性波速度势、波形、造波板所受水动力以及输出功率在频域和时域中的解析表达式，从理论上模拟平面线性波的稳态和瞬态形式。经过对比计算，推荐一种波形品质好、造波效率高的推摇混合造波方式。所得结果对于造波机设计和使用有实际意义。     

白噪声不规则波与聚焦波的水池模拟

从推导造波板的运动规律出发,讨论了海洋工程水动力学试验中白噪声不规则波及聚焦波这2类非常规波浪在水池中的生成技术;基于实测谱修正与波谱相位聚焦,在海洋工程水池生成了品质较好的白噪声不规则波与聚焦波,并给出了这2种波浪在水池中的测试结果.通过边界元数值计算方法对水池模拟的聚焦波进行了验证.结果表明:采用所述方法可以在试验水池中生成品质较高的白噪声不规则波及聚焦波,从而为提高常规海洋工程水动力试验的精度,缩短试验时间及后续开展海洋工程平台在恶劣海况中生存能力的研究提供了技术依据.     

电动造波机控制系统的研究

为在试验水池中精确模拟以“波浪谱”描述的海浪不规则波,给出了直接生成造波机运动控制所需的离散时间序列数的计算模型．基于通用计算机的开放式多轴运动控制器设计了电机伺服驱动的模拟不规则波造波控制系统,采用数字比例、积分、微分(PID)及速度前馈控制技术解决了系统所要求的高精度伺服位置控制和多电机同步控制问题,通过对离散时间序列数的样条光顺使伺服电机具有加速度连续的良好运动特性．系统的控制模型以自学习的方法对比反馈的实际波形进行输出位置量的矫正,以获得准确的模拟波浪．     

循环水槽多层孔板消波装置开发及消波特性数值模拟

基于k-ε湍流模型,在STAR-CCM+平台上建立数值波浪水池,开发透水式多层开孔板消波装置并研究其消波特性.波浪水池利用流体体积(Volume of Fluid, VOF)方法追踪自由液面,采用STAR-CCM+的VOF WAVE模块造波,出口边界设置阻尼消波区.通过对一系列指定波浪的模拟,验证了数值水池的准确性.改变波长、波高、水流的流速和方向,可得到消波装置在不同波流条件下的反射与透射系数.结果表明:反射系数和透射系数均随波长增加而增大;反射系数随波高增加而增大,透射系数随波高增加而减小;波流共同作用工况下,反射系数和透射系数远小于波浪单独作用工况;在模拟波流条件下,所开发的消波装置消波性能显著.     

双摇板造波系统及波浪信号谱无参分析

叙述了采用双摇板造波系统的基本思想及双摇板造波信号的生成，并分析了同一波浪信号用不同谱分析法对所得主要谱参数的影响．     

水池造波技术及发展概况

本文阐述了实验水池中造波机及其理论的研究。结合造波技术的发展趋势,概述了国内外现有的波浪模拟技术。     

规则波中船舶操纵与垂荡、纵摇耦合运动模拟与特性分析

采用MMG分离模型的思路,在船舶六自由度操纵性运动方程中叠加波浪垂荡力和纵摇力矩,构成波浪中船舶操纵与垂荡、纵摇耦合动力学模型,用来模拟规则波中船舶操纵与垂荡、纵摇耦合运动特性。其中的波浪力由切片法计算,船舶航向保持采用PD控制模式。采用耦合动力学模型计算了某船在规则波中保持航向时的垂荡、纵摇运动,并与试验结果进行了比较。两者的幅频曲线形式上基本一致,间接证明了耦合动力学模型的有效性。进而采用该模型计算了该船在不同浪向角和航速下保持航向稳定的垂荡、纵摇运动,以垂荡、纵摇等值极坐标曲线形式表征了船舶规则波浪中操纵与垂荡、纵摇的耦合运动特性。     

浅水不规则波的无网格数值模拟

采用基于配点和径向基函数的无网格数值模拟方法,建立数值海洋工程水池,将源点布置在模拟波浪场之外,沿边界布置配点而不是划分网格;对深水不规则波经斜坡过渡后在均匀水深浅水域中传播的过程进行无网格数值模拟和波谱的迭代修正.不规则波的数值模拟结果显示,该方法形式简单、计算速度快、稳定性好.经物理水池的造波实验验证,波浪谱、波浪参数、波浪时历都与实验结果吻合良好,并具有浅水波特征,最终模拟得到的浅水不规则波令人满意.     

栅栏板护面下护岸越浪数值模拟

护岸是一种常用的海岸和库区防护工程结构，被用于防御波浪与来流对陆域的侵袭。基于计算流体力学软件Fluent建立二维波浪数值水槽，在规则波条件下，模拟了光滑护岸和带栅栏板护面护岸的越浪过程。结果表明：栅栏板护面对越浪水体具有延缓作用，能有效地提升护岸的消波能力；通过比较不同坡度护岸和不同栅栏板间距的过顶越浪量，得出本文设计的护岸在较小坡度和较小间距条件下，消波能力显著。     

多向不规则波群传播的数值模拟

波群的模拟是与波群有关的数值和物理模型试验的前提。实际的波浪是多向的不规则波,为了在实验水池中模拟多向不规则波群,该文首先根据给定的波要素、群性参数和方向分布参数,给出了多向不规则波群的数值模拟方法,在此基础上利用有限元法求解改进的Boussinesq方程的数值计算模型,建立了数值水池在指定位置模拟所要求群性的多向不规则波的入射波浪边界条件的计算方法。典型算例表明:按照该文建议的方法确定入射波浪边界条件而建立的数值模型,可以在水池指定位置处产生满足给定群性要求的多向不规则波浪。此外,对多向不规则波群的传播进行了数值研究。     

蛇形多向不规则波造波机波浪产生方法及特性

介绍了自行研制的蛇形多向不规则波造波机系统．造波机宽28m，由70块高0.9m、宽0.4m的造波板组成．在此基础上论述了分段式造波机产生波浪的原理及方法，并对其产生的斜向和多向不规则波的波浪统计特性以及波浪的频谱和方向分布进行了试验研究．结果表明，研制的造波机各项性能达到了预期的指标，可产生较理想的单向和多向不规则波．     

基于边界造波法的二阶Stokes波的数值生成

针对滑坡涌浪灾害中波浪的产生和传播分析至关重要的问题,利用FLUENT软件平台,提出了边界造波的数值方法,并通过二次开发实现了二阶Stokes波的数值模拟。该边界造波法以不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程和追踪自由面的VOF法为基础,借助FLUENT软件中的UDF功能定义了入射边界处波浪的速度和波形解析表达式,从而模拟了二阶Stokes波的产生和传播。计算结果表明,该数值水槽能有效可靠的模拟弱非线性波浪。这为后续模拟由滑坡涌浪所产生的波浪提供了一定的研究基础。     

直立式防波板间的共振效应

基于对直立式防波板与规则波作用的解析解和共振时板宽和波浪周期的关系,对两直立板间共振提供共振预报。通过编程计算,对板的受力进行分析,计算表明在半板宽B=nL/4下发生共振,共振时板受最大波浪力可达最小值5.5倍以上,易在实际中造成事故。本文以规则波为例对此类问题加以分析,在设计时以作参考。     

大水槽造波机电机力矩与造波参数的关系分析

基于交通运输部天津水运工程科学研究院全球最大的大比尺波浪水槽造波机,在微幅波理论的基础上推导推板式造波机控制方程;并进一步推导造波机电机力矩与造波参数之间的关系,分析板前推进波、板后雍水、机械摩阻以及推波板运动的受力与对电机驱动力矩的组分大小和变化规律,从理论上得到电机力矩的变化范围、规律及消减平缓方法,为下一步研究基于力矩反馈的主动式吸收造波提供理论依据。     

非线性不规则波的数值模拟

根据波动方程得到了二阶非线性不规则波的模拟公式，以及二阶波谱的计算式； 探讨了有限水深不规则波的数值模拟方法。利用波浪槽中实测的波谱和理论谱分别计 算了二阶谱，并对不规则波时间序列进行了数值模拟．结果表明，二阶谱对实测谱的影 响主要发生在二倍谱峰频附近及低频区附近；二阶模拟对线性模拟有一定改善作用，     

用ALE有限元法建立二维数值波浪水池

从ALE描述下的Navier-Stokes方程和连续方程出发,对数值波浪水池进行分析、通过对各种边界条件的处理建立了合适的二维数值波浪水池。通过对二阶Stokes波的探讨,阐明了此数值波浪水池是有效合理的。