大型风流水槽风浪统计特征的测量和分析

研究大型风浪水槽的风浪统计特征，采用多通道测波系统，同步采集沿水槽的１２个测点在不同风速下的风浪数据，从观测事实上分析了风浪波面分布和有关要素特征，并建立水槽风浪统计要素与风速，风区长度之间的关系。     

浅水波能谱试验研究

对比天然风浪和试验风浪的风场特点，确定了两者特征风速间的换算关系，采用人工风与不规则造波机相结合的方法生成，模拟风浪，延长了试验条件下风浪成长所需的风区长度，在此基础上，利用试验研究的优点，完成了较大范围浅水风浪试验，对浅水波能谱进行了深入探讨。研究表明，比较深水情况，浅水域波能的谱的谱峰变小，谱形更加尖窄，反映出波能趋于集中的特点，对于浅水，给出了波能谱的表达式。     

大风风速非定常性的特征

分析了强风出现时具体风速值的非定常性问题的研究意义，并通过对大连地区强风出现时具体风速值的分析和统计学检验，证明了强风时具体风速值服从正态分布的规律，此结论为计算船舶在大风浪中的运动和响应提供了定量化依据。     

跨海桥梁随机非平稳风浪同步模拟方法

大跨度跨海桥梁会同时遭受风和波浪等复杂环境激励作用,需要在生命周期内考虑其安全性,首要问题是进行正确的随机风和波浪模拟.为同时考虑风浪相关性、风浪非平稳特性和风速空间相干性,首先,本文基于风浪联合功率谱模型,采用谐波合成法和演化谱理论建立了随机非平稳风浪同步模拟方法;然后,采用所建方法,针对某大跨度桥梁进行了随机非平稳风浪同步模拟,给出了桥梁关键位置风速和波高时程样本,对比了模拟谱和目标谱,验证了所建方法的正确性;最后,针对此大跨度桥梁进行了风浪联合作用下的动力响应分析,比较了传统方法和本文方法得出的桥梁关键位置抖振力和波浪力,并对比了两种方法的位移结果.研究表明:本文方法可以同时考虑风浪相关性、风浪非平稳特性和风速空间相干性,实现随机非平稳风浪同步模拟,且具有良好的模拟精度;当随机模拟数组取值相同时,风浪相关性对风速和波高时程样本的影响与模拟点距离有关,总体上看,其对风速时程样本影响较小,对波高时程样本影响较大,进而对桥塔水下结构横向位移影响显著,所分析工况下变化率绝对值极值可达71.0%;风浪非平稳特性对桥梁水上和水下结构响应的影响均十分显著,因此进行随机非平稳风浪同步模拟具有合理性和必要性.     

风浪破碎对平衡域内谱形的影响

在实验室测得的大量风浪资料的基础上，经过谱分析和破波概率的计算，发现风浪破碎概率Ｐｂ与谱平衡频率指数Ｐ有指数关系。Ｐｂ∝ｅｘｐ（－３．８８ｐ），当破碎概率２％～６０％范围时，频率指数则在４．２～３．３变化。     

大型风浪水槽风浪成长的谱特征

利用大型风浪水槽实测风浪资料,分析水槽环境条件下风浪谱的成长特征,给出谱参数与风速,风区之间的经验关系。     

行洪期间洪泽湖大堤防风浪漫溢的可靠性分析

考虑到风速的随机性，假定风速大小符合指数分布，推导出风浪波高这一随机变量的分布密度和分布函数。同时，根据洪泽湖大堤在行洪期间风向变化和大堤漫溢的特点，分析计算了对大堤造成威胁的7种风向时大堤在4种高水位下的漫溢概率。并根据实测资料，统计分析了行洪期间各方位的大风频率，用全概率公式计算洪泽湖大堤在4种洪水位时发生漫溢的概率。从而提出了用物理模型与随机模型相结合，分析湖泊、水库堤坝防风浪漫溢可靠性的方法。     

风浪与涌浪相互影响的实验

大自然的海浪往往是风浪与涌浪混合在一起,为此研究了实验室的风浪水槽中模拟风浪与涌浪的相互影响,用脉动风模拟风浪及风与浪的耦合作用,用造波机产生不规则波模拟周期相对较长的涌浪．通过单独风浪、单独涌浪、先风浪后涌浪和先涌浪后风浪4种情况的模拟,从波谱的角度分析风浪与涌浪相互影响的规律．发现影响风能输入的主要因素是波浪是否充分发展,而与波陡、风速、波速等没有直接关系,为风浪对海上建筑物的耦合作用研究提供了依据．     

SWAN模型风能输入项的改进与验证

为了分析第三代海浪数学模型——SWAN模型的风浪模拟能力,分别计算了恒定风场和台风时变风场下的波浪场.恒定风场中假定不同的风速及风区长度,通过比较SWAN模型与SMB方法等经验风浪公式的计算结果,得出SWAN模型风浪模拟的适用范围.针对大风速下计算波高偏大的情况,通过分析参考波速引起的输入风速变小及拖曳力系数饱和等因素,提出了风能输入项的修正方法,并采用同步观测的风、浪资料对修正前后的计算结果进行了比较验证.结果表明,在大风速情况下,修正后的SWAN模型的模拟波高更接近于经验公式结果及实测数据.在SWAN模型风能输入项中引入参考波速引起输入风速减小及对拖曳力系数饱和因素的修正,可以更好地模拟大风速下的波浪场.     

风浪荷载共同作用下的海洋桩基动力响应

为了研究海洋环境中风浪荷载共同作用下单桩基础的动力响应问题,建立了风浪-海床-单桩的三维单向耦合数值模型.分别采用雷诺平均N-S方程和Biot动力方程控制波浪运动和海床响应,在验证模型合理性的基础上,探究了风浪参数(如风速、风剪切系数、波高)对风浪荷载共同作用下流体与桩基响应的影响规律.结果表明:风速、风剪切系数和波高的增长会加剧桩周流体变形,加快波浪传播,进而影响桩身的水平位移与弯矩.因此,在计算海上桩基承载力时,应综合考虑风浪荷载共同作用对桩基基础的影响.研究成果将为恶劣海洋环境下桩基承载性能研究提供重要的理论依据.     

大型风浪水槽风速分布的测量和分析

对风浪水槽风速分布精确测量，较详细地获得了该水槽风速分布的基本特征和边界对风场的影响情况。明确了水槽边壁和有限的空间限制是影响模拟实验的重要因素。这项工作对于合理选择实验区段，估计实验误差等有重要意义。     

海面上下击暴流风场特性模拟及分析

为研究下击暴流作用于海洋上层水域的风场特性与风浪分布，基于CFD(computational fluid dynamics)技术，建立了二维几何模型，使用雷诺应力模型、多相流模型对二维下击暴流作用于海洋上层水域的过程进行数值模拟，开展了其速度变化时程、波高变化时程、特征时刻径向风速剖面、时均风速剖面与液相流速剖面的变化特性的分析.模拟结果表明：相对于平面陆地，下击暴流作用于海洋上层水域的前期径向气流方向有所抬升，风场稳定后径向气流中部仍表现为小幅抬升，至冲击中心水平方向远处逐渐平稳；冲击中心附近的海洋上层表面随下击暴流持续作用表面产生下凹，随时间增加下凹加剧，产生的冲击波向两侧传递，随时间发展在径向气流作用下产生长短不一的波；早期径向风速值将超过初始下沉气流风速值，最大达到下沉气流速度值的1.2倍，易联合风浪作用使海上舰船发生倾覆，海上舰船应利用其特征防范与抵御下击暴流；径向时均风速最大值所在高度较下击暴流作用于陆地时要高.     

印度洋的风浪、涌浪和混合浪的时空特征

为了展现印度洋的海浪特征,利用来自欧洲中期天气预报中心的ERA-40海浪再分析资料,对印度洋的海表风场、风浪、涌浪、混合浪场进行研究,主要分析了季节特征、月变化特征、风速和波高的变化趋势、涌浪指标,定义了南印度洋西风指数和涌浪北伸脊点。结果表明:印度洋的风浪场与海表风场整体上对应较好,尤其是季风期间的北印度洋,涌浪场与混合浪场对应较好;从波高来看,阿拉伯海在1-5月和9-12月的涌浪以及孟加拉湾全年的涌浪对混合浪的贡献大于风浪;印度洋海表风速呈显著递增的区域主要集中在咆哮西风带和30°S以北,风浪波高变化趋势的分布与风速大体一致,大部分海域的涌浪波高、混合浪波高表现显著性逐年递增;印度洋的涌浪在混合浪中占据主导地位,40°S以北的涌浪常年向北传播,且南印度洋西风带西南季风的强度直接决定着涌浪北传的程度。     

高海拔单台大型风力机外场实验

为了提高高海拔地区大型风力机的性能,以3.3 MW水平轴风力机为研究对象,通过外场实验的方法,利用机舱式激光雷达测量风力机的入流,同时,利用地面风廓线雷达测量风力机的尾流.首先将一天中激光雷达测得的入流风速和风向与机舱上的风速风向计数据对比,并提取一段时间内机舱雷达测得的入流风速进行分析;其次,把尾流风向与入流风向、尾...     

平流层飞艇机载风速测量方法

 风场数据是平流层飞艇实现长时驻空和飞行控制的重要参数。针对平流层空气稀薄、传统机载压力式测风速方法测量精度低等问题,提出一种利用激光雷达直接探测技术的平流层飞艇机载风速测量方法。设计了基于直接探测原理的多普勒激光雷达测风速系统,构建了分别以FPI（Fabry-Perot干涉仪）和MZI（Mach-Zehnder干涉仪）为鉴频器的条纹成像技术的风速反演数学模型,并进行了数值仿真分析。结果显示,在355 nm波长出射激光和20 m/s径向风速条件下,FPI-条纹成像技术与MZI-条纹成像技术的径向风速测量误差分别为11.0%和6.5%,测量分辨率分别为1.90 m/s和1.62 m/s,表明该方法能够满足平流层飞艇机载风速测量要求。     

海堤设防标准探讨

调查分析了国内外海堤设防标准，把海堤破坏归结为6种模式，并分析风浪与潮位（流）对各种模式的影响，提出风浪与高潮遭遇概率粗略算法；根据海堤结构特点及其破坏模式，提出一种基于风浪与高潮遭遇概率，综合反映结构功能、使用要求与潜在风险，三层次设防的海堤设计标准，在此基础上提供了一种基于风险理论的海堤优化设计方法。     

风速与波高对单跨高架栈桥位移响应的影响

为考察不同风速、波高时高架栈桥在风浪耦合作用下的位移特性,采用分离涡方法和任意拉格朗日-欧拉方法(ALE arbitrary lagrangian eulerian)求解栈桥系统的流固耦合位移响应.结果表明:风对栈桥所受风浪耦合荷载大小影响较大,高架栈桥的位移随风速增加而增大.波浪主要增加栈桥的往复振荡,同时,波浪对桥...     

基于环境等值线法的海上浮式风机长期极限响应预测

为保证海上浮式风机在复杂的风浪环境载荷作用下正常服役,需要评估海上浮式风机的长期极限响应。通过实测风浪的联合概率分布,利用基于逆一次可靠度法(IFORM)和逆二次可靠度法(ISORM)的环境等值线法获取环境工况组合,模拟风机短期响应并结合Gumbel极值分布计算风机长期极限响应,实现了对海上浮式风机50 a重现周期的极限响应预测。研究结果表明:风浪联合作用下,随着平均风速增大,平台纵荡运动、叶根面外弯矩和塔基前后弯矩出现了先增大后减少的趋势;随着有义波高增大,平台纵荡运动最大值和平均值、塔基前后弯矩最大值也随之增大;与基于IFORM的环境等值线法相比,基于ISORM的环境等值线法可以涵盖更多的环境工况组合,得到更大的浮式风机长期极限响应,进一步提高了风机结构设计安全性。     

低含水率沙床的临界起沙风速

针对目前对风沙起动机制的认识有限的现状，采用量钢分析法推导出对湿沙床的起沙有影响的4个无量纲数。经分析得到起沙风速与沙床沙粒粒径和沙床粘结力间的数量关系。通过建立沙床粘结力与含水率、沙粒粒径的关系式，得到临界起沙风速和沙粒粒径，含水率间的定量关系式。认为低含水率沙床的风沙起动风速与颗粒粒径的一次方和沙床含水率的1／4次方成线性关系，此结论与前人的实验结果符合得很好。     

福建省水产研究所大型抗风浪(流)养殖网箱系统达到国内领先水平

在福建省科技厅、厦门市科技局、福建省海洋与渔业局等有关部门的支持下，福建省水产研究所联合有关高校及生产单位，自1998年起开展大型抗风浪网箱研制及试验研究工作。经过试验改进，分别研制成功“HDPE圆形框架浮式抗风浪网箱”、“HDPE圆形框架沉浮式抗风浪网箱”和“不对称双圆台抗风浪流网箱”等适应不同海况要求的抗风浪（流）养殖网箱系统，