长江河口南北槽分流口工程及瑞丰沙地形变化对分流比的影响

分析了南北槽分流口河段的地形特征及其在人类活动影响之下的演变过程,利用高分辨率FVCOM模型研究了分流口潜堤工程的修建、潜堤方向的偏转以及分流口上段瑞丰沙地形变化等因素对南北槽落潮分流比的影响.结果显示,现有的分流口潜堤对北槽落潮分流比的影响较小.潜堤向北偏转时北槽落潮分流比减小,向南偏转时增加,潜堤向南偏转对分流比的影响大于北偏.瑞丰沙中沙基本消失、下沙萎缩及南港主流的北偏有利于水流进入北槽,从而明显增加北槽上段面落潮分流比.而由于横沙通道对水通量的调节,北槽下断面落潮分流比增加甚微.     

潜堤上波浪分裂现象的数值分析

为研究潜堤附近水波变形现象,建立了一个模拟该现象的数值方法。基于势流理论的基本方程,其中入射波浪的生成基于域内源造波方法,无反射边界采用海绵层消波加辐射条件的处理方法。垂向采用σ坐标变换,可保证自由表面和底面边界的"精确"满足,同时便于有限差分法的应用。使用该模型对二个已有的物理模型实验进行计算,比较了长波和短波越过潜堤时波浪变形特性的异同。计算所得潜堤前后不同位置处的波面与实验结果吻合较好。结果表明:该模型能很好地模拟坡度不同的潜堤前坡上高次谐波的产生和堤后波浪分裂现象,可用于求解二维强非线性势波问题。     

潜堤对平均沿岸流及波高和增减水的影响

潜堤是重要的水工建筑物,了解掌握潜堤对沿岸流及波高和增减水的影响相当重要。以梯形潜堤为实验对象,利用设置潜堤以及变换潜堤的离岸距离来分析潜堤对波高和增减水及平均沿岸流的影响。通过分析得出:设置潜堤会使得波浪破碎后波高分布有向岸偏移的趋势,同时会使得波浪由减水转为增水的过程曲线变陡,但该趋势不如流速分布变化趋势明显。平均沿岸流变化趋势与之类似,且更易观察到。     

基于CFD方法的船体下水水动力分析

为给船体下水提供水动力参数,采用计算流体动力学(CFD)方法对船体从船台上纵向重力式下水过程进行动力学分析.计算每一时刻的流场压强和船体所受水作用力(矩),并通过求解船体运动方程获得船体运动的速度和滑程.数值预报结果与经验公式以及试验比较均表明,该方法计算所得运动参数与试验偏差较小,可满足工程精度要求.     

浮体锚泊系统计算分析

利用数值方法研究了锚泊浮体在风、浪、流联合作用下的运动响应和锚链线张力变化规律.采用的数学模型主要包括三维锚链线静力模型和浮体频域运动模型.在数值计算中,分别采用有限差分法和频域格林函数法求解三维锚链线静力模型和浮体频域运动模型得到锚泊系统的总体刚度和浮体的水动力参数,据此求解锚泊浮体运动方程,得到锚泊浮体的运动响应和锚链线上的张力变化.对一锚泊半潜式海洋平台的实际校核应用证明,本方法可以提供具有工程精度的锚泊性能预报.     

多浮体结构物极限强度的组合箱型梁计算方法

对于双体船、三体船以及半潜式海洋平台等多浮体海洋结构物,其极限强度的评估与传统单体船舶有着很大区别,除了总纵弯曲外,总横弯曲和扭转的作用也将变得显著。引用既有的经典箱型梁结构,在对非线性有限元计算结果的准确性进行验证后,组合不同形状的箱型梁来模拟多浮体海洋结构物的基本构造,查找规范确定其危险工况,进行典型工况下的极限强度非线性有限元分析。就此提出一种通用的多浮体结构物极限强度的组合箱型梁计算方法,为多体船和半潜式海洋平台等极限强度的校核提供参考。     

自适应动网格在流体-浮体耦合运动中的应用

为了解决流固耦合问题中物体大幅度运动带来的困难,更精确地计算波形变化和物体的受力,用任意拉格朗日-欧拉方法导出了带自由表面的流固耦合运动计算模型.在计算过程中用动网格方法跟踪浮体的运动,并用自适应网格在自由表面附近进行加密.计算了无粘流体、粘性流体中浮体的运动规律,并与理想弹簧-物体振动模型理论解进行了比较,同时计算了浮体在粘性流体中的侧倾振荡.结果表明,在无粘流体中浮体的垂直振荡与理论解符合得较好;在粘性流体中物体的运动为阻尼振动,与实际相符得较好.浮体在粘性流体中的侧倾振荡为阻尼运动,其侧倾角度随时间的增加而减小,在小角度时侧倾振荡与理论解接近.计算结果验证了计算程序的可靠性与精度,为ALE(arbitrary lagrangian eulerian)方法应用于流体-多浮体耦合运动分析奠定了基础.     

潜堤对海啸波作用下岸滩剖面变化影响试验

基于波浪水槽试验,对潜堤能否有效减少海啸岸滩冲刷问题开展研究。选取孤立波作为入射波,考虑不同潜堤位置和堤顶水深情况,同时选取没有修建潜堤时海啸岸滩变化试验结果进行对比分析。实验对波高、流速、地形变化以及孤立波的上爬、回落等全过程进行测量和记录。研究结果表明,潜堤的修建并不能有效减少海啸对岸滩的冲刷,仅能改变淤积沙坝的高度和位置,且会造成潜堤离岸侧局部略有淤积,向岸侧会出现明显的局部冲刷坑。潜堤位于水跃发生区域时,对减小岸滩淤积沙坝高度效果最为明显。保持堤顶水深不变,减小潜堤的离岸距离,对减少最大局部冲刷深度效果更为明显。     

斜坡床面潜堤作用下的波浪传播变形

以斜坡上梯形潜堤为研究对象,在波浪水槽实验的基础上,分析斜坡上潜堤对规则波和椭圆余弦波传播变形的影响．通过分析潜堤前后波面的变化情况来研究波浪外观形态的改变,利用谱分析来研究波浪内部能量的改变．研究结果显示,由于斜坡床面潜堤的浅化作用,波浪不对称性加剧,波能在潜堤处急剧衰减．     

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。     

半圆形潜堤稳定性试验研究

通过规则波对长江口半圆形潜堤的物理模型试验，指出半圆形堤身两侧的抛石厚度与堤身稳定性的关系，并给出了相对抛石厚度与半圆形堤身临界稳定重量的关系曲线，为导堤的进一步优化设计提供了依据.文中还就半圆形堤身底板开孔与不开孔方案进行了对比试验，结果表明半圆形堤身的底板开孔与否对潜堤的稳定性影响不大.     

基于CFD的电液控制主阀阀芯所受作用力分析

针对矿用电液控制主阀阀芯所受的作用力,运用三维建模软件PROE对其流道建立了模型,并通过数值模拟软件Fluent在不同的边界条件下对阀道内流场做了仿真,得出了相应边界条件下阀芯所受的总作用力,并将仿真值与理论计算值进行比较,通过两种方法的比较,明确阀芯所受作用力的变化规律,为进一步了解主阀阀芯的受力特性提供参考。     

多向随机波作用在直立堤上的波浪力

通过三维随机波浪对直立堤作用的试验研究,分析了单位堤长上波浪力的变化规律,着重研究了主波向角和波浪方向分布对波浪力的影响,发现波浪入射角小于45°时,波陡较小的单向波作用力随波向角呈明显的增大趋势.给出了波浪力沿堤长的纵向分布,以及单元堤上波浪力纵向折减系数的计算公式;建议了2种计算斜向波和多向波作用在整个单元堤上最大总波力的方法,可供理论研究和工程设计参考应用.     

射阳海岸带修复工程效果数值模拟研究

近年来受黄河三角洲区域侵蚀影响，射阳海岸带湿地面积急剧减小，急需开展生态整治修复工程.应用河口海岸潮流泥沙数值模拟系统，计算分析项目建设前后海洋水文动力和泥沙冲淤环境改变，并通过物模试验进一步验证海床冲淤情况.模型计算结果表明项目建设后，潜堤两侧流速及堤后波高也出现不同程度的减小，有利于形成堤内侧床面增积的状态，潜堤内床面增加的年淤积厚度约0.02～0.45 m，工程岸段逐渐向冲淤平衡或微冲微淤状态发展.堤后波能降低，阻挡了波浪对海堤的侵蚀，近岸冲刷幅度均有降低.物模试验结果表明方案实施后南侧、北侧堤后平均冲刷深度分别减小为0.03、0.02 m.根据研究结果可知该工程能发挥对内部潮滩的保护作用.     

不同入射浪向下群遮效应的CFD分析

基于黏流理论系统地模拟了不同入射浪向的波浪作用下外围浮体数不同时浮体群的群遮现象.首先建立了多浮体水动力计算数值模型;然后模拟了两个典型波浪方向下,外围浮体数为0,4和8时浮体群的复杂干涉现象;最后从结构周围波浪场出发,着重分析了群遮效应对浮体波漂移力的影响机理.结果表明:计算流体动力学(CFD)方法可准确模拟多浮体间的复杂相互干涉;随着外围浮体数增加,群遮效应对中心浮体波漂移力的低减作用更加显著,且群遮效应对浪向的敏感性也逐渐减小;中心浮体波漂移力的降低与其迎浪侧、背浪侧间波面抬高差值的减小密切相关.     

规则波在陡坡潜堤上传播变形的数值模拟

为考察缓坡假定条件下给出的水波方程在陡坡潜堤上的适用性,对一组双层Boussinesq型水波方程建立有限差分的计算模型,数值模拟波浪在两边坡坡度均为1:2的梯形潜堤上的传播过程,并将计算的波面位移、各次谐波波幅与文献梯形潜堤实验数据进行对比.结果显示,二者吻合程度较高;同时,数值模拟的波面位移与实验数据的重合度超过0....     

沉箱上单浮体流体动力学问题的解析方法

在有限常水深、同轴同半径圆柱体沉箱条件下，基于特征函数展开法，推导了垂直放置的圆柱形浮体在水波作用下所受到流体作用力表达式．涉及了浮体做垂荡、纵荡和纵摇运动相关联的辐射势，以及在入射波的作用下由于浮体固定不动而相关联的绕射势．还推导了激励力、附加质量和阻尼系数表达式，采用同平底单浮体运动条件相比和激励力计算的两种方法的方式验证了推导的表达式．最后分析了沉箱高度对浮体运动的特有影响，在算例范围内沉箱的高度对垂荡、纵摇运动的影响较大，对纵荡运动的影响较小．     

应用库仑定律求解有介质存在时点电荷所受作用力

库仑定律中的真空条件不是必需的成立条件,应用库仑定律也可以求解有介质存在时点电荷所受作用力.     

浮体绳轮波浪发电系统研究

海洋能获取及转换是波浪能发电系统的关键环节.合理的浮体结构和能量转换装置的设计将大大提高能量获取及转换效率.为提高波浪能利用率,降低波能转换装置成本,设计新型点吸收式波浪发电装置——浮体绳轮波浪发电系统.基于线性规则波理论及粘性阻尼理论,考虑浮体附加质量及附加阻尼影响,对浮体上升和下降阶段进行受力分析,分别得到了浮体上升和下降两个阶段的运动方程,推导出浮体完整的运动方程.利用数值计算得到浮体获取最优转换效率的阻尼系数C=10600N·s/m,然后通过水动力学频域及时域分析对数值计算结果进行了验证.理论分析及仿真过程为浮体绳轮波浪发电系统的研究和实际应用提供了理论基础.     

孤立波通过透水潜堤水动力特性试验

基于波浪水槽试验,对孤立波通过潜堤的传播变形、透射系数和波浪爬高开展研究,分析了潜堤消浪效果、波浪爬高与相对堤顶水深和潜堤透水率的关系．研究结果表明,在相同透水率的条件下,透射系数随着相对堤顶水深的增大而增大．波浪爬高明显随着入射波高的增大而增大,并且成线性趋势,在同一透水率下,波浪爬高随着堤顶水深的增大而增大．