多孔介质海底上波浪伴流传播的数值模拟

根据最近建立的多孔介质海底上波-流相互作用的综合水波模型方程,针对两种典型的海底地形进行了数值模拟.计算结果表明:水流和多孔介质特性,对近岸Bragg共振散射效应的反射、透射系数极值及其作用位置产生了不同程度的影响.     

海洋电磁勘探中空气波相互作用机制和水深影响分析

基于一维层状介质的电磁位和电磁场分析,采用电磁场的模式分解理论建立空气、海水层和海底地层之间的电磁场相互作用关系.以假想无限水深模型和五层介质模型为基础,导出水平电偶极子(HED)的横电(TE)和横磁(TM)模式的电磁场数学关系,分析空气波占优的临界偏移距随水深和海底地层电导率的变化规律,指出前人定义的300 m水深作...     

波浪剩余动量流垂向分布研究

将垂向考察区域分为波谷以下部分、波谷至平均水面部分以及平均水面以上部分,应用线性波理论,分段推求波浪剩余动量流沿水深分布函数.建立任意波向角时波浪剩余动量流各分量的计算表达式,给出深水及浅水条件下的渐近表达式,探研波浪剩余动量流的垂向分布情况.取波向角为30°分别计算深水、过渡水深及浅水条件下波浪剩余动量流的垂向分布.结果表明:波浪剩余动量流各分量沿水深并非均匀分布,而且各分量分布情况不尽相同;从波面到海底,存在反向变化的现象;浅水条件下,波谷以下部分所占比例相当可观.计算成果与实测资料和研究分析结果是一致的.     

不可压饱和粘弹性多孔介质中的Rayleigh波

基于多孔介质和粘弹性理论,研究了不可压液体饱和粘弹性多孔半空间中的Rayleigh 波.在流相和固相物质微观不可压、固相骨架服从宏观积分型本构关系和小变形的假定下, 利用Helmholtz分解,得到了Rayleigh波的弥散方程.数值考察了表面透水和不透水两种情 形下,饱和标准线性粘弹性多孔介质中材料参数对Rayleigh波相速度、衰减率等的影响.发 现固相骨架的粘性对Rayleigh波的相速度和衰减率的数值有显著影响,但对于不同的表面透 水情况,其影响规律是不同的.     

多孔介质预热过程的水分流和热流研究*

将非平衡热力学的水分流和热流耦合方程应用于多孔介质的干燥预热过程,从机理上分析了其水分流和热流的特性.根据线性藕合方程对于木材干燥预热的具体计算,其结果表明,水分流和热流藕合方程是揭示多孔介质干燥过程中水分流和热流相互作用规律的有效方法,它既可揭示藕合流过程的本质,又可对其进行定量描述.也能用于制定木材及其多个孔介质的干燥预热工艺标准的理论依据.     

基于流阻率的吸声材料声学性能研究

运用加权残值法建立了两种介质相互作用的声学有限元计算方程式. 基于多孔纤维材料等效流体的经验公式,分析了复声速和复密度相对流阻率的变化规律. 针对不同多孔吸声材料结构布置形式,采用上述有限元计算方程和经验公式,计算得到随流阻率变化的传递损失. 结果表明,空气滤清器型结构传递损失随流阻率增加而增加;阻性消声器型结构传递损失随流阻率而变化的规律复杂,在计算频段内存在峰值.     

近岸非平整海底上波浪传播的非线性统一方程

针对波浪在近岸复杂地形条件下从深水向浅水传播的连续性特征,通过引进一种典型的近岸非平整海底变化的假设,由Hamilton水波变分原理建立了波浪传播的非线性统一方程,并且证明以下4种最具广泛影响力的波浪方程或关系成为它的特例:扩展的Airy非线性浅水方程;广义缓坡方程;二阶Stokes波色散关系;高阶Boussinesq型方程.     

近岸波动平均水动力方程与波浪漫滩边界耦合的理论模型

波浪漫滩不仅影响局地水动力,对邻近拍岸浪区的水动力和泥沙运动也有重要影响。但是,近岸波动平均的流场计算尚没有包含波浪漫滩边界的影响。本文建立包含拍岸浪区的近岸波动平均水动力方程,它耦合了波浪漫滩区水流积分的波动平均方程。拍岸浪区和波浪漫滩区相互作用机制是水体、动量交换,它们由波浪漫滩区水流的波动平均值或水流积分的波动平均值提供,可以根据波浪漫滩区海滩坡度、海底摩擦及与拍岸浪区交界位置的波高、波向、波周期计算。这些水体和动量交换项可以作为近岸波动平均水动力方程的波浪漫滩边界条件,为考虑波浪漫滩影响的近岸波动平均流场计算提供理论基础。     

孤立波与抛石潜堤相互作用的数值模拟

在海岸与近海工程中,波浪与多孔介质之间的相互作用问题是个普遍存在而又难以处理的问题,因此对其相互作用的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。把波浪场与抛石潜堤内部的孔隙流场作为一个整体问题,从Navier—Stokes方程出发,采用κ—ε模型来封闭雷诺方程,作为波浪场的控制方程,以Forehheimer方程作为孔隙流域的控制方程,用VOF方法跟踪自由表面,应用施主与受主单元模型求解流体体积函数F的输运方程.以孤立波为入射波,数值模拟了孤立波在抛石潜堤前后的波面变化过程,并得到了潜堤内部孔隙流压力的变化结果。     

多孔介质预热过程的水分流和热流研究

将非平衡热力学的水分流和热流耦合方程应用于多孔介质的干燥预热过程。从机理上分析了其水分流和热流的特性．根据线性藕合方程对于木材干燥预热的具体计算，其结果表明，水分流和热流藕合方程是揭示多孔介质干燥过程中水分流和热流相互作用规律的有效方法．它既可揭示藕合流过程的本质，又可对其进行定量描述：也能用于制定木材及其多个孔介质的干燥预热工艺标准的理论依据。     

粘弹性饱和多孔介质中圆柱孔洞的瞬态响应

饱和多孔介质流-固耦合系统的动力学特性研究具有重要的学术理论价值和潜在的应用前景.研究了含衬砌的无限长粘弹性饱和多孔介质中圆柱孔洞的瞬态响应问题,相关结论可用于饱和土隧道分析、核废料等污染物处置、地热资源开发等基础工程设计.首先,基于多孔介质混合物理论,建立了耦合系统动力学分析的控制方程、边界条件、连接条件和初始条件.其次,采用微分求积单元法和2阶向后差分格式分别在空间和时间域内离散了系统的控制方程.最后,利用Newton-Raphson迭代方法在初始条件下求得了系统的数值解,分析了耦合系统的瞬态响应,并考察了参数的影响,同时也验证了数值方法的有效性.     

基于多孔介质传热模型探测堤坝渗漏

岩土体发生渗漏,集中渗漏通道内的流体与岩土体会发生热量交换,造成渗流通道附近地层温度发生改变.结合集中渗漏通道自身特点将渗漏通道视为多孔介质通道,考虑固相和流相相互作用的能量耗散和流体流动方向的传热效应,基于饱和多孔介质能量方程建立流体在多孔介质通道中的传热模型.根据确定的边界条件,利用叠加原理和分离变量法得到多孔介质在局部热平衡时温度的解析解.将该模型应用于工程实际,将工程实测的温度数据及参数代入模型,反演出渗漏流速.结果表明,所建立的传热模型是可行的.     

多孔介质海床对波浪传播影响理论分析

假定海床为刚性、不透水边界的传统波浪理论难以模拟多孔介质海床对波浪传播的消能影响.基于完全动力响应模式,建立了能够考虑波浪-海床相互作用的波散方程,通过变动海床厚度、海洋土渗透系数和饱和度及波浪角频率,采用复波数解析方法,围绕量纲一参量波长比和能量衰减因子进行数值计算和参量分析,结果表明波浪在传播过程中会受到海床不同程度的消能作用,表现为波幅衰减及对应的波长变化.     

多孔介质振荡流格子-Boltzmann模拟

为研究多孔介质内振荡流流动特性,该文将格子-Boltzmann方法对多孔介质内的振荡流过程进行了数值研究.采用四参数方法构造了多孔介质结构模型,对多孔介质内的振荡流过程的模拟结果表明;多孔介质振荡流的最大压差随最大Renoylds数的增加而迅速增加,在Renoylds数小于100的范围内,最大阻力系数与最大Renoylds数呈反比例关系,与文献报道的实验结果一致;在孔隙率小于0.85范围内,压差与流速之间的相位差变化较小,孔隙率继续增加时,相位差随孔隙率的增加而线性降低.     

流体饱和多孔弹性板中水平剪切波的弥散特性

研究多孔弹性板中水平剪切波的传播特性对该波在无损检测和声弹性技术范围内的工程应用有着重要的价值.在多孔介质理论的基础上,认为板为饱和多孔介质材料,由固相骨架和流相骨架组成,且固相骨架为弹性、不可压、各向同性、小变形,分析了多孔弹性板中水平剪切波的相速度、群速度随频率的变化规律,以及渗透系数对弥散特性的影响.     

流体饱和多孔介质中的声强

根据Biot多孔介质声学理论中的应力-应变关系、能量关系、声波方程,采用与在均匀固体介质中平行的方法,推导了流体饱和多孔介质中的声强表达式,进一步完善了多孔介质声学理论。运用该公式导出了多孔介质界面声学边界条件,并可作为研究多孔介质中声波能量的一个基本方程。     

铰接多浮体系统在规则波作用下的运动响应

基于线性势流理论,利用模态法在频域内研究了铰接多浮体结构在规则波作用下的运动响应.首先采用边界元法建立边界积分方程求解水动力系数及波浪激振力,然后基于最小势能原理采用拉格朗日乘子法推导出系统的约束矩阵,并利用该约束矩阵建立系统运动方程求解各运动模态的运动响应幅值.通过与已发表的5个铰接漂浮方箱在规则波作用下运动响应结果的对比,证明了方法的正确性和有效性.以3个铰接的箱型浮体为例,讨论了水深、铰接位置对结构运动响应的影响.研究发现水深、铰接位置均会对结构的运动响应产生一定影响,且对于不同的波浪周期其影响程度也不同.     

孤立波作用下埋管斜坡海床及海底管道的响应分析

通过建立孤立波-斜坡海床-海底管道耦合模型,研究在孤立波作用下近岸浅水区域埋管周围斜坡海床土体的孔隙水压力响应和海底管道的受力及位移.采用考虑k-ε湍流的Navier-Stokes方程模拟孤立波在海底斜坡上的破碎、爬升及回落过程,并且通过计算获得斜坡表面波压力;基于Biot固结方程,建立波压力作用下的斜坡模型;基于线弹性理论,利用偏微分方程建立海底管道模型;计算分析埋管海床土体的孔压响应特征及管道的受力与变形;通过与文献试验数据和解析解的对比,验证了该分析方法与模型的准确性;利用验证后的数值模型,计算在孤立波作用下斜坡海床埋置管道周围土体的孔隙水压力响应、纵向有效应力响应、管道的纵向受力及位移.数值模拟结果表明:在孤立波回落阶段,埋置于斜坡海岸线附近的管道周围土体孔压下降明显,管道出现较大上浮,相较于水平海床和斜坡坡脚,此处管道的受力和位移情况最为不利.另外,管道埋深、土体参数,以及波浪的破碎、爬升及回落过程都对计算结果有着重要的影响.     

海洋环境参数对Scholte波特性的影响

采用半无限海底的Scholte波模型并将其推广至分层海底,在直角坐标系下利用流体和弹性体中的波动方程,提出基于水平分层弹性海底模型的Scholte波的求解方法,结合简正波理论分析了Scholte波的频散特性及其质点运动轨迹和质点位移的传播特性,并分析了海洋环境参数(声速与海底参数)对Scholte波传播特征的影响.结果表明,Scholte波受海底介质中横波声速的影响最大,其频散曲线转折点可用于估算弹性沉积层厚度.     

三维双相各向异性介质弹性波方程交错网格高阶有限差分法模拟

基于Biot理论,给出了三维双相各向异性介质应力-速度弹性波方程交错网格任意偶阶精度有限差分解法,并对三维双相各向异性(TIH)介质中弹性波场进行了模拟.结果表明,弹性波在三维双相各向异性介质中传播时存在快纵波qP1、快横波qS1、慢横波qS2和慢纵波qP2,并清楚地观测到了横波分裂、横波分裂盲点、波面三分叉等特殊现象.快纵波在固相和流相中的相位相同;而慢纵波在固相和流相中的相位相反,即慢纵波在流相中振幅大,而在固相中的振幅较小.另外,三维双相各向异性介质中弹性波场的快纵波和快横波的耦合关系、波的类型、能量分布和相位等都是在三维空间中变化的.