水深因素对斜坡上波浪最大爬高的影响

斜坡上波浪爬高的研究中,专门研究堤前水深因素对斜坡上波浪爬高影响的论文很少.本文在总结前人研究成果的基础上,通过系统的模型试验,阐明了堤前水深因素对斜坡上波浪最大爬高的影响机理,提出了波浪最大爬高的形成条件,并给出相应的计算公式.本文研究成果可作为现行规范及现有爬高计算方法的验证和补充.     

波浪变形数值模拟

从 Navier-Stokes方程出发 ,采用修正的 k-ε模型来封闭雷诺方程 ,作为紊动波浪场的控制方程 .采用修正的 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 .在差分离散方法的基础上 ,采用通度概念 ,对不规则边界进行处理 .在近壁区范围内 ,采用壁函数技术解决壁面效应问题 .通过数值计算成功地模拟出椭余波通过潜堤时波面的变形过程 .     

非线性波浪的数值模拟

为快速有效地模拟三维波浪问题,采用高阶谱方法建立了完全非线性波浪的数值计算模型.高阶谱方法是将速度势函数展开成Fourier级数的形式,通过快速Fourier变换求其空间导数,具有很高的计算效率和精度.把数值结果与五阶Stokes波理论解和聚焦波实验结果相比较,并计算了初始面升高引起箱体内液体运动问题,验证了所建立的数值计算模型的有效性.     

波浪为形数值模拟

从Navier-Stokes方程出发，采用修正的k－ε模型来封闭雷诺方程，作为紊波波浪场的控制方程，采用修正的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，在差分离散方法的基础上，采用通度概念，对不规则边界进行处理，在近壁区范围内，采用壁函数技术解决壁面效应问题，通过数值计算成功地模拟出椭余波 通过潜堤时波面的变形过程。     

波浪的NS方程数值模拟

采用粘性的ＮＳ方程,数值模拟惯性和重力占主要地位的表面波浪．为了“严格”地满足自由条件,采用了σ变换,把时变的水域变为固定的矩形计算域;在计算域的深度方向采用不均匀网格,水面处特意加密．同时,连续性方程变成波面起伏的对流型偏微分方程．出口边界处设置阻尼耗散区,外边界再用Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄ－Ｏｒｌａｎｓｋｉ（ＳＯ）条件闭合．计算了多种波浪问题,特别是对入射余弦波的模拟,着重考察了数值粘性（特别是时间步长）和出口条件对波浪传播的影响．     

太湖波浪过程的数值模拟

基于动谱平衡方程的SWAN波浪模型和湖流三维模型,分别对太湖波浪和湖流的生消过程进行动态模拟,并研究太湖湖流对波浪的影响.结果表明,湖流模型和SWAN波浪模型可以较好地模拟风作用下太湖湖流和波浪的生成和传播过程;太湖流场对波浪场具有一定影响;风速越大,影响越显著,同时也受风向影响;沿岸区波浪受湖流影响更加显著;湖流对波浪的影响基本上呈现湖流波浪同向时,有效波高增大,波速增大,波长增长;反向时有效波高减小,波速减小,波长缩短的特征.     

高海况机翼波浪地面效应数值模拟与分析

针对三维等直机翼型(NACA0015),采用计算流体动力学(CFD)分析方法,以非定常不可压缩流动N-S方程和2阶RNGk-ε湍流模型,对高海况波浪地面效应进行了数值模拟与分析.首先在二维情况下数值模拟分析了波浪地面效应,讨论了计及当地风速和波浪行进速度的必要性,同时分析了高海况下波浪地面效应翼型气动力系数随飞行高度变化趋势及原因.在此基础上,计算分析了三维情况下,等直机翼在不同航向与风向角时的气动力系数及滚转力矩的变化,并重点对侧风影响下的滚转力矩产生机理及变化特点进行了论述.通过数值模拟,初步探讨了高海况下波浪地面效应对等直机翼气动特性的影响规律,为深入研究高海况对地效飞行器设计的影响提供了依据.     

圆柱齿轮弯曲应力数值模拟与影响因素分析

以直齿圆柱齿轮为研究对象,首先利用ANSYS有限元软件建立模型,对齿轮弯曲应力进行数值模拟。然后采用正交实验设计方法设计实验,通过直观和方差分析方法研究齿宽、齿数、扭矩对弯曲应力的影响。最后利用多元线性回归原理建立齿轮弯曲应力数学模型。结果表明,ANSYS数值模拟所得的齿轮弯曲应力与传统理论公式计算结果接近,说明仿真实验可信。在正交实验设计中,扭矩的极差最大,即对齿轮弯曲应力的影响最大,齿数次之,齿宽对齿轮弯曲应力的影响程度最小,可忽略不计。计算结果验证了回归方程的可靠性。该研究为变速器齿轮传动装置设计提供了有益参考。     

数据中心热环境数值模拟影响因素分析

为得到准确的数据中心气流组织模拟结果,采用专用模拟软件,对比分析考虑和忽略高架地板漏风、地板下线缆、空调供回水管和照明设备等因素对模拟结果的影响.结果表明,忽略上述因素时,模拟机房内整体的温度较低,热点机柜较少;考虑上述因素时,机房的整体温度高出1℃~3℃,其中地板下的线缆和空调供回水管对地板下的流场影响较大,尤其是架空地板层高较低,且线缆布置在地板下的情况.因此,在研究数据中心的气流组织时,是否忽略以上因素,应根据实际情况确定.     

有限风区内波浪数值模拟研究

【目的】研究港内波高分布特征及有限风区内风作用对波高的影响。【方法】以某码头工程为例,结合MIKE 21BW波浪模块及小区风成浪计算公式对港内波高进行计算,并对计算结果进行分析。【结果】计算组合中,W向、WSW向风作用下,港池西侧斜边岸线及西侧岸线前沿水域受岸线遮蔽的影响,波高相对较低,而湾底及东侧岸线前沿受外海入射波影响较大,波高相对较大。风作用对港内波高有一定的影响,W向风作用下,风浪对湾底岸线及东侧岸线前沿各观测点波高的贡献分别为9%~15%及12%~15%,WSW向风作用下分别为13%~35%及16%~41%。【结论】风作用对有限风区内波高的影响不容忽视。     

影响岩体塌陷角因素的数值模拟分析

以采空区为分析对象,建立数值模型计算了岩体参数等对采空区塌陷角的影响情况,计算结果显示,经验塌陷角与计算塌陷角存在一定差异,经验值只在一定范围内使用.在影响塌陷角的因素中,容重因子最大,弹性模量因子最小,泊松比位于中间.因此在利用塌陷角来分析塌陷范围时应根据具体情况来综合判断.     

山区涵洞受力影响因素的数值模拟分析

文章通过数值模拟详细讨论了涵洞路段几何条件与地基刚度对涵-土体系受力状态和位移特性的影响,对比分析了不同型式与尺寸的涵洞受力与位移规律.结果表明,沟谷宽小于3倍涵洞宽度时,涵顶压力与涵体位移受沟谷宽度与岸坡角度影响较为显著;较大的地基刚度引起更大涵顶压力;涵洞采用壳体基础与整体式基础时涵顶压力与涵体位移没有显著差异,比采用分离式基础的沉降小,涵顶压力集中程度大;断面高而窄的涵洞比矮而宽涵洞的涵顶压力和竖向位移大.     

海岸河口水域波浪传播数值模拟

提出了水深与流场缓变水域波浪传播数学模型－水流中依赖时间变量并考虑能耗的波浪“缓坡方程”及其等价的控制方程组,分析比较了无水流情况此理论模型与其相应的两种抛物型近似的差别,提供了长江口波浪变形数值模拟计算工程实例,实例表明,该模型能适应河口在角洲大范围水域波浪传播数值计算。     

非结构化网格嵌套波浪数值模拟

为了准确模拟射阳河口航道和港池水域的波浪传播,基于非结构化三角网格的第3代波浪模型SWAN(Simulation Waves Nearshore),采用非结构化网格嵌套技术,建立了大区域和浅海工程海域嵌套波浪数学模型;进行了大、小计算域波浪数值模型的验证,结果计算值与实测值吻合良好;计算了各种方案情况下港池及航道的波浪要素,可作为工程设计的科学依据.研究结果表明,通过应用网格嵌套技术,一方面在充分发挥非结构化网格波浪数学模型优势的基础上,大大减小了计算域中网格的数量,提高了计算速度;另一方面可以布置更加精细的计算网格,适应复杂的地形、曲折的岸线边界,提高计算结果的准确性.     

波浪对理想河口盐度分布影响的数值模拟

采用三维潮流、盐度数学模型,考虑三维波浪辐射应力和波流共同作用的底部剪切应力作用,以最简单的理想河口为例,对不同强度波浪场下河口及海区盐度分布进行了对比分析,结果表明,在考虑波浪后,河口区盐度(表层和底层)均呈减小趋势,而海区表层盐度增加,底层盐度略减小.该研究直观地显示了波浪对河口盐度输移的影响,对全面揭示河口盐度输移过程有重要意义.     

淤泥海砂混合料海堤地震动力响应数值模拟

本文将淤泥与海砂进行混合,制备了淤泥海砂未固化混合料,又掺入水泥制备固化混合料,用于分析地震作用下海堤的动力响应。通过有限元软件Geo-studio分析地震荷载作用下海堤的动力响应,结果显示：采用未固化混合料填筑的海堤在地震作用下的稳定安全系数不能满足规范要求;而固化混合料填筑的海堤,能够减小海堤在地震作用过程中产生的加速度、液化破坏范围和震后永久位移,并且海堤在静力状态和地震荷载作用下均能够满足规范规定的稳定性要求。     

圆柱在波浪中入水的数值模拟

为了研究波浪对圆柱入水过程的影响,采用二维CFD(Computational Fluid Dynamic)方法数值模拟了圆柱在规则波中的入水过程.该方法采用自由液面捕捉法和直角切割网格系统分别处理自由液面和物体动边界,结合推板造波和海绵阻尼消波原理而实现数值造消波,并分析波浪参数(波高、周期和圆柱入水时的波浪相位)对圆柱入水动力特性的影响.以在波浪中的起重船上悬吊圆柱入水作为工程应用实例进行数值模拟,研究不同工况下绳索的张力变化和重物的运动特性.     

基于WRF风场再分析的银滩波浪场数值模拟

北海银滩海域实测波浪资料缺乏,为了获取银滩附近海域的波浪数据,以便对银滩水动力条件进行分析,利用WRF(全球气候模型)对NCEP(美国环境预测中心)的CFSR(气候预测系统再分析)资料进行再分析,得到北海区域高空间分辨率的10 m高度风场,并建立潮流模型以计算北海海域潮流场,进一步利用风场、潮流场成果建立MIKE 21 SW波浪模型对北海海域波浪场进行模拟计算及分析。结果表明:模型计算成果合理,可为银滩海域波浪分析提供有效的手段;北海银滩附近全年波浪以南向浪为主且趋于与银滩滩面垂直,全年浪高多为0.2~0.5 m,波浪周期一般为2~4 s。     

刚性沉水植物影响下波浪传播及泥沙悬浮数值模拟

由于植物引起的紊动作用,含刚性植物床面中悬浮泥沙浓度与无植物裸床相比显著增加,而通过平均流速计算底床切应力的传统泥沙模型无法模拟出该现象。因此,在含植物水流水沙运动物理模型试验的基础上,构建了基于Flow–3D的含刚性沉水植物条件下波浪传播的三维数学模型,模拟了植物影响下波浪动力特征和泥沙悬浮过程,同时从紊动能角度修正希尔兹数,对泥沙模块进行了改进。与实测数据相比,该模型可较精确地模拟出植物引起的整体水流流速减小和局部冠层顶部处的流速增大、水体紊动增强以及紊动能在波周期内出现两个峰值的现象。与原始泥沙模块相比,改进的模型考虑了植物尾流紊动对泥沙运动的影响,可提高含植物床面泥沙悬浮模拟的精度。     

三维无反射数值波浪水池及波浪与结构物相互作用的模拟

基于不可压缩黏性流体的N-S方程,采用质量源造波法建立了三维无反射数值波浪水池,并成功地模拟了波浪与浮体的相互作用问题.该数值水池中间为质量源造波区和工作区,两端为消波区,以避免由边界引起的二次波浪反射.数值模拟规则行进波传播,波浪与贯底直立墙壁、矩形浮体、多浮体相互作用,并与边界法数值水池造波以及相关理论、试验结果进行了比较.研究表明,质量源法数值水池较好地模拟了波浪传播及在结构物前形成的驻波,克服了边界造波法无法消除二次反射波的困难,体现了无反射数值波浪水池的效果.采用数值模拟研究了波浪与并排旁靠的Wigley船和矩形驳船在不同频率波浪作用下的水动力性能,各频率上浮体所受的波浪力计算结果和试验值吻合良好,在共振频率附近比势流结果更为准确.