鼓式离心机中的线性规则波浪离心模型试验

波浪诱发砂质海床液化导致的海洋工程事故屡屡发生,开展有效防治液化的工程措施是海洋工程建设的关键所在.受模型比尺限制,在1 g模型水槽内难以生成诱发海床液化的波浪条件,采用了大连理工大学最新建设的、国内唯一的大型土工鼓式离心机GT450/1.4开展了生成线性规则波浪的离心模型试验研究工作.其中自主开发了基于200W直流伺服电机驱动装置的机械造波系统,结合鼓式模型槽长度较大的技术优势,设置了斜坡式多孔钢板构成的消波装置.整套造波系统可以生成不同浪高和频率的线性推进波,试验中通过微型孔隙水压力传感器和自制的浪高仪量测波压力和波高,并通过波浪理论验证了所生成波浪的有效性.与以往离心机中的造波装置相比,本套系统的优势在于能够在较大尺寸的环形波浪槽中生成更强烈度的波浪,为今后波浪诱发海床液化的研究提供了技术保障.     

分层流水槽箱内垂荡板式内波造波模拟研究

提出了一种新型内波造波方法——箱内垂荡板式造波。应用 FLUENT 软件的有限体积法,采用 k-ε两方程湍流模型封闭 RANS 方程作为求解控制方程,建立二维数值内波水槽。通过模仿物理造波机运动的数值模拟结果比较表明：箱内垂荡板式造波机生成的内波与理论解十分吻合,与双板联动式造波和平板拍击式造波相比,控制简单,对自由水面的扰动小,对水槽水深的变化和分层界面位置的改变适应性好,不会造成分层水体的掺混。     

层化流体中半板造波的内波解

为了形象地说明内波的传播模式,研究给出了内波水槽中由半板造波所形成的内波解。结合Ｖａｅｉｓａｅｌａｅ频率Ｎ（ｚ）＝ｃｏｎｓｔ和简化Ｈｏｌｍｂｏｅ两种密度剖面模式讨论了内波场的传播图案。在内波水槽中成功地形成了上述两种密度剖面,相应的实验印证了本文分析的正确性。     

数值水槽内的阻尼消波和波浪变形计算

采用时域内对波面运动位置追踪的边界元方法,建立了一种非线性波浪变形计算的三维数值模式,并借助Spongelayer阻尼消波和Sommerfeld放射条件相匹配的处理方式,开发了一条三维非线性波的数值造波水槽,进而对水槽内的Stokes波进行了波浪变形计算。     

不规则波Boussinesq型方程的造波,消波和反射

对前人提出的造波、消波和反射边方法分析表明,其方法是极浅水波近似,不适用于任意水深的水域,本文就任意水深变化Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ型方程,提出了不规则波新的造波原理、方法和消波边界及部分反射边界波动方程,试验表明,本文提出的造波、消波和反射方程有效而可靠的。     

非线性波消波及波场分布研究

本文基于雷诺平均N-S方程,并结合RNG k-e方程建立了粘性数值波浪水槽,对不同波陡、不同相对水深、不同相对波高的非线性规则波的阻尼消波问题和波场分布进行研究。文中提出了两种描述消波区内部阻尼变化的阻尼函数,分别适用于小波陡情形和高波陡情形。研究结果表明,小波陡组消波区可设为一个波长,阻尼系数取10~4～10~5即可满足消波要求,计算结果与实验结果及造波理论吻合良好;高波陡组消波区可设为两个波长,阻尼系数取10~4～10~5亦可满足消波要求,计算结果与实验结果吻合良好。此外,当波陡较小时,波场内反射情况的小幅改变即可对整个波场造成影响,特别是当水深较浅时这种影响极为明显,需谨慎考虑。当波陡较大时,水波能量较高,整个波场沿水波传播方向可观测到明显的衰减现象,在具体试验中需进行考虑。     

波流水槽模拟波浪技术的研究

介绍了实验室的造波机系统和造波特性及其在模型试验中的应用,并讨论了实验室内模拟海浪的检验标准及其方法。并对造波机应用前景进行讨论,对不规则波造波机进行物模试验具有一定的现实意义。     

基于物理造波和主动消波的黏性数值波浪水槽开发

基于推板造波理论和摇板造波理论,在Open FOAM平台上采用重叠网格技术建立黏性数值波浪水槽,并使用一种结合SIMPLE算法和PISO算法的PIMPLE算法对数值模型进行求解。利用开发的数值模型通过数值收敛性测试和网格独立性测试分别重点研究了时间步长、库朗数和网格尺寸对数值精度和计算效率的影响。并对比研究了此数值模型分别嵌入层流模型和湍流模型的计算精度和计算效率。实现的规则波和二阶有限振幅波与理论结果和试验结果吻合,验证了此黏性数值波浪水槽的造波和主动消波功能。基于二维数值波浪水槽,进一步研究了三维数值造波,数值计算结果与理论结果吻合良好。研究结果不仅验证了重叠网格在二维和三维两相流体域中求解运动物体与流场交互的可靠性和正确性,而且为使用此黏性数值波浪水槽解决更复杂的海洋工程问题提供了依据。     

西太平洋低纬地区东风波个例分析

东风波可产生强烈的飑线和大风、暴雨天气,与低层热带扰动相叠加可迅速发展成为台风。本文利用ECMWF数值产品、卫星云图、高空气象探测及NECP再分析资料,详细分析了西太平洋一次东风波的结构特征及发生发展机制。结果表明:南半球越赤道气流是此次东风波形成的初始扰动条件,波槽前为正涡度,槽后为负涡度,属于发展较强的不对称涡旋模式。中低层暖湿和干冷空气团交界处与波槽位置对应较好,潜热释放可能是东风波维持并发展的一个重要原因。     

基于FLUENT的内孤立波质量源造波方法

为研究内孤立波质量源数值造波方法,本文采用两个点源形式的质量源,分别放置于两层流体的上下层中作为内孤立波激发源。推导源项表达式,从不可压缩流体的Navier-Stokes方程出发,结合内孤立波Kd V、e Kd V理论,基于商业软件FLUENT发展了一种内孤立波质量源数值造波方法。通过数值模拟,分析了质量源造波过程中内孤立波的生成过程,并将数值模拟结果同理论及实验作对比。结果表明:基于此方法生成的内孤立波波形、波高及波致水平速度与理论及实验吻合度较好,该方法是可行的,并且耗时短、效率高。     

多向不规则波有效试验区的扩展法

实验室中一般采用分段式造波机来产生斜向或多向波，但其中存在几个问题，最主要的是有效试验区较小。扩大有效试验区的常用方法是采用边墙反射法。本文首先叙述了应用边墙反射产生斜向波和多向波的方法，通过物理模型试验对该方法进行了验证，试验结果表明采用边墙反射的确可以扩大有效试验区的范围。     

Generation and Properties of Freak Waves in A Numerical Wave Tank

Freak waves are generated based on the mechanism of wave focusing in a 2D numerical wave tank. To set up the nonlinear numerical wave tank, the Boundary Element Method is used to solve potential flow equations incorporated with fully nonlinear free surface boundary conditions. The nonlinear properties of freak waves, such as high frequency components and wave profile asymmetry, are discussed. The kinematic data, which can be useful for the evaluation of the wave forces exerted on structures to avoid underestimation of linear predictions, are obtained, and discussed, from the simulated results of freak waves.     

分段式造波机生成波的方法和特性

本文叙述了分段式造波机生成波的理论和方法，通过试验确定了造波板前过渡段的长度，研究了分段式造波机生成波浪的特性，并将规则波的试验结果与理论结果进行了比较，给出了有效实验区的范围，可供实际应用时参考。     

基于FLUENT的海洋内孤立波数值水槽模拟

基于FLUENT商业软件及其二次开发功能,在标准κ-ε湍流模型下,采用VOF方法追踪两层流体内界面,通过给定入口速度和水位的设置造波边界法,建立了可有效模拟弱非线性内孤立渡的分层流数值水槽,并与仿物理的双板造波方法进行了比较.采用设置边界法所造的波形与理论值符合较好,这为数值分析内孤立渡与海洋结构物相互作用问题提供了一条更加有效的途径.     

不规则波与开孔沉箱相互作用数值模拟

采用三步有限元法对N-S方程进行离散,同时借助CLEAR-VOF方法追踪流体自由表面,利用主动吸收式造波等手段改进了二维不规则波浪数值水槽,使得水槽中的波浪谱与目标靶谱吻合较好。进而建立了不规则波浪与开孔沉箱作用一种新的数值模式,分析研究不规则波作用下开孔沉箱的反射率,并与现有的物模结果和数模结果进行了对比,为不规则波与开孔沉箱作用问题的研究,探求了一种新的数值手段。     

长江河口洪水造床作用

据多年实测资料统计 ,长江口年径流总量 92 4 0亿m3,年输沙量 4 .86亿t,洪季的径流量和输沙量分别占全年总量的71.7%和 87.2 %。如遇洪水年 ,当洪峰流量超过 6 0 0 0 0m3 s时 ,中、下游河道水位明显抬高而进入防汛警戒状态 ,河床有明显冲淤变化 ;洪峰流量超过 70 0 0 0m3 s时 ,新生汊道及切滩串沟频频出现 ,给河口治理及深水航道开发带来重要的影响。从长江河口河槽演变基本特征及南港、北槽底沙输移强度引证长江洪水在河口地区的造床作用     

非静压波浪模型无反射造波

非静压波浪模型是一种近年来得到迅速发展且有望在工程计算中获得广泛应用的波浪模型。为了在非静压波浪模型中实现无反射造波,在连续性方程中添加了质量源项进行域内源造波,并采用阻尼消波方法进行数值消波。数值算例结果表明,所建立的无反射造波方法可以较好地避免非静压波浪数学模型中的二次反射,实现长时间稳定波浪模拟。     

用ＯｐｅｎＦＯＡＭ 实现数值水池造波和消波

基于OpenFOAM求解器interDyMFoam,开发实现数值水池造波(包括推板和摇板造波)和阻尼消波。所编写的造波边界条件,可依据实验造波理论将各种造波模式植入其中,从而实现各种波的数值造波。首先进行了线性波的数值造波实验,通过结合阻尼消波段的应用,造波水池可提供稳定的线性波。还进行了瞬时极限波和有限振幅的数值造波实验,与实验数据或同类数值结果吻合很好,进一步验证了的数值造波和消波方式的可靠性。     

台阶式变深水槽造波的解析研究台阶式变深水槽造波的解析研究

利用特征函数展开法对台阶式变深水槽中推板式造波机造波问题进行了研究，建立了相应速度势和波面的解析表达式。与高阶边界元方法(HOBEM)数值结果进行了对比，验证了本解析解的正确性。通过数值试验，研究了台阶对入射波的影响，同时分析了造波板所在位置（上部台阶）水深、水槽工作区（下部台阶）水深、造波板运动周期和造波板水平位置等因素对生成波浪高度的影响。由此选择合适的造波板所在位置及水深来得到所需要的波浪高度，进而根据需要生成波浪的周期和波幅 来反演造波板的运动。     

行星尺度阻塞波和天气尺度波相互作用的数值模拟

用数值方法研究了行星尺度阻塞波和天气尺度波之间的相互作用,得到在涡源强迫下,当不存在地形时,大尺度流场可发展成偶极型阻塞,瞬时流场分裂成南北对称的2支,总流场可以看到明显的多涡结构;加上双波地形后,大尺度流场发展成Ω型阻塞,瞬时流场同样分裂成2支,但北支要明显强于南支.而且通过一系列对比试验发现,适当的弱的基本西风气流是阻塞发生的有利条件.此外,讨论了初始阻塞和造波器（扰动源）位置的配置,以及造波器关闭时间的不同对阻塞强度和生命周期的可能影响.