近岸波浪数值计算中两种动边界处理的比较

在近岸波浪数值计算中,动边界处理是不可避免的问题。文章基于Boussinesq方程的FUNWAVE-TVD模式,引入窄缝法对波浪水槽实验进行数值模拟,比较窄缝法和干湿网格法的波浪数值计算结果;设计多种周期和波高的波浪数值试验,分析两种动边界处理下数值计算结果的差异。结果表明,两种动边界处理对近岸波浪破碎的数值模拟有影响,对波浪漫滩区的计算影响尤为显著。     

深水环境下OBS的二次定位技术

在海洋环境下,OBS（海底地震仪）投放后,由于潮汐、涌浪以及海流等因素的影响而漂移,OBS资料处理的首要任务就是进行OBS的二次定位。深水环境下一般使用直达波二次定位技术,直达波定位的传统方法是采用网格节点法计算直达波线性动校正,计算工作量非常大。列举了OBS落点漂移的多种情形,模拟了不同情况下直达波的线性动校正曲线,分析了影响线性动校正曲线变化的各个因素,建立了判断落点方向的标准,提出了十字交叉法反演OBS落点位置,对实测资料进行落点位置反演,获得了准确的定位结果。此方法明显减少了计算工作量,可以快速获得准确的OBS落点位置。     

风暴潮三维数值计算模式的研究及在渤海湾的应用

以实验室二维温带风暴潮数值模型为基础,综合考虑海洋潮波动力与风应力联合作用,建立温带风暴潮三维数值计算模型.模型从推导三维风暴潮基本控制方程出发,并应用交替方向隐格式(ADI)方法对方程进行离散求解.对于浅水动边界,模型采取局部深槽、缩小水域的活动边界处理方法.利用拟三维数值计算方法,并提出了非平面水深等分模式和平面等水深分布模式,应用这两种计算模式分别对渤海湾2009年5月8～10日发生的风暴潮过程进行了数值模拟.将风暴潮位计算结果和增水位计算结果与塘沽验潮站的实际观测数值进行对比验证,结果显示受风应力与潮波联合作用的风暴潮位和增水位与实测数据吻合良好;通过比较得到了平面等水深分布模式的计算成果要比非平面水深等分模式的计算成果更接近观测资料的结论,为风暴潮预报提供了理论依据.     

桩周局部冲刷三维数值模拟

用数值模拟手段研究桩周冲刷越来越引起人们的重视.基于OpenFOAM开源CFD软件,采用VOF方法处理自由水面,通过动网格技术考虑床面地形随时间的变化,构建起桩周局部冲刷的动态三维数学模型.其中,通过改进沙滑模型以修正当生成的剖面坡度超过泥沙休止角时造成的模拟失真,同时克服数值计算的不稳定性.计算结果和水槽实验资料对比分析,二者符合较好.     

海上人工岛在地震作用下动水压力研究

海上人工岛的地震载荷主要是地震惯性力和动水压力.本文根据人工岛结构与流体相互作用的特点,应用线性势流理论,用解析方法推导出地震作用下大尺度水下圆柱体的动水压力解析解,从而可求出圆形人工岛岛体表面上任意一点的动水压力、岛体分层单位高度上的动水压力、总动水压力以及岛体动水压力沿铅直方向和水平面上的分布,以满足人工岛结构计算和整体性能计算的需要.本文利用推导的公式和编制的程序对我国第一座浅海石油勘探开发人工岛实例进行计算分析,取得良好的成果.     

动边界技术在POM模型中的研究与应用

POM(Princeton Ocean Model)是基于原始方程组的三维斜压海洋模型,其垂向采用σ坐标,便于引入大陆架地形,因此被广泛地应用于河口近岸海域的潮流数值模拟中。但是POM采用固定边界,无法模拟河口近岸海域由于涨落潮而引起的漫滩流。本文概述了国内外动边界技术的研究进展,分析了各种方法的利弊,提出了一种适合于POM模型的干湿法动边界处理技术。该方法以单元为干湿判断对象,保证了水量平衡和计算精度。将该动边界技术引入POM模型中,成功地模拟了南通海域的潮流场,较好地重现了涨落潮造成的潮间带间歇性出没。验证结果表明计算值与实测值吻合较好,真实地反映了该海域的水动力特征。     

浮式塔的动力计算

采用频域二阶摄动法研究了浮式塔在给定环境条件下的动力响应.计算了浮式塔在不规则波上的一阶运动响应函数和运动谱以及张力谱,同时进行了相应的模型试验.由结果的比较可以看出,试验结果与理论方法计算得到的结果吻合较好.计算结果表明,波浪的二阶作用对浮式塔的低频纵荡有影响.计算结果与试验结果的比较说明频域二阶摄动法可以用于浮式塔的动力分析.     

系缆损伤对绷紧式系泊系统动力响应的影响

探究合成纤维系缆损伤对绷紧式系泊系统响应的影响,具有重要的工程意义。通过高强聚乙烯(HMPE)缆绳损伤动刚度实验,获得其动刚度随损伤的演变规律。在数值计算上,借鉴并合理简化了前人提出的动刚度经验公式,通过处理实验结果确定动刚度经验公式的参数并进行验证。在此基础上,以一座采用高强聚乙烯缆绳为主体系缆的FPSO为例,将所得动刚度经验公式导入系泊分析软件,结合水动力分析,计算得到在相同海洋环境中,系缆发生不同程度损伤时,各系缆张力和平台偏移响应的结果。通过处理、分析所得的计算结果,获得合成纤维缆绳损伤演变对绷紧式系泊系统响应的影响规律,并据此为系缆更换提供了建议。这些成果既有利于把握绷紧式系泊系统的非线性动力响应,也对安全、经济、合理地运用合成纤维系缆具有重要意义。     

人工岛周围的波生流计算方法

针对Hardy-Cross法的基本原理建立的一种波生流计算的数值模型在计算处理人工岛周围区域方面还存在的问题,提出了解决处理方法,并通过算例验证了该模型能够运用于人工岛等岛状非水面区域附近的波生流计算,从而消除了Hardy-Cross法实用化中的一个障碍.     

动校正拉伸分析及处理方法

动校正是地震数据处理的重要步骤,当偏移距反射深度比较大时动校正处理使同相轴产生拉伸畸变.常规的动校正切除处理是以牺牲大偏移距地震道信号为代价的.通过理论推导可以得出:交叉同相轴对应着最大的拉伸量,动校正后出现同相轴的增加、混叠乃至畸变;未交叉同相轴动校正后波形变“胖”,其主频降低,频带变窄,振幅值拉大.因此研究无拉伸动...     

Numerical study of pollutant transport in the sea-bay with mild slope beach

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｕｄｙｏｆｐｏｌｌｕｔａｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｔｈｅｓｅａ－ｂａｙｗｉｔｈｍｉｌｄｓｌｏｐｅｂｅａｃｈＷａｎｇＺｅｌｉａｎｇａｎｄＴａｏＪｉａｎｈｕａ（ＲｅｃｅｉｖｅｄＤｅｃｅｍｂｅｒ２２,１９９６;ａｃｃｅｐｔｅｄＪａｎｕ...     

洋浦经济开发区污水排海总量控制

研究建立洋浦近岸海域岸界自适应网格变动边界的潮流模型及物质输运模型。对开发区提出的多种污水排海方案进行污水质点拉格朗日追踪、污水排海的水质预测及工程投资分析 ,推荐了最佳排污口位置 ,最后计算了污水最大排放量及 8种污染物控制指标排放总量 ,为洋浦开发区的环境管理与保护提供决策依据。     

一种新的海滩地下水和地表水耦合计算方法

海滩地下水与地表水之间的质量和动量交换对于近岸海域的泥沙输运、盐水入侵以及地表水与地下水中污染物质的迁移扩散有重要的影响。通过对描述地下水和地表水运动的控制方程的有限差分离散格式进行重新组织,构造了一种新的地下水和地表水的耦合计算方法。作为地表水与地下水的分界面的海滩动边界在该模型中可以被隐式的模拟,无需特别处理。通过与解析解和实验数据的比较,证明本文方法可以有效地对斜坡海滩的地下水和地表水运动进行模拟。     

徐六泾控制节点污染物运移轨迹模拟

对三维多功能动力-生态耦合模式(COHERENS)进行二次开发,运用"网格冻结法"实现了漫滩和露滩过程中的干湿交替,突破其为固定边界和限制水深的局限,使COHERENS模式成功应用于长江口浅滩过程的模拟。对潮位和水流流速的模拟结果进行了较好地验证。在斜压流场的基础上对示踪颗粒拉格朗日运移进行追踪,对污染物欧拉输运进行数值模拟。以徐六泾控制节点横断面设置颗粒示踪子和污染物排放点,对排放的悬浮颗粒物质和溶解性污染物的运动轨迹和特征进行了模拟和比较分析,给出了模拟期间的流场特征和污染物输移规律。     

宁波-舟山海域污染物扩散的数值模拟

基于宁波-舟山海域潮流场,建立了该海域三维变边界的污染物扩散模型,对COD、无机氮、活性磷酸盐的浓度进行了数值模拟,并对界面源的影响进行了分析。结果表明:污染物浓度在海域内呈由西北向东南方向递减的趋势;COD浓度在大部分海域满足一类水质标准,无机氮和活性磷酸盐浓度在研究海域超出二类水质标准;研究海域的界面源对该海域污染物浓度”贡献”在85%以上。     

填海造地对胶洲湾污染物输运影响的数值研究

以胶洲湾为例，采用分步杂交法，在已建潮流场的基础上，建立胶洲湾海域二维变边界对流－扩散数值模拟，选COD为有机污染的指标因子，并视为保守元素，对不同的填海方案，造成胶州湾内COD浓度场的改变及污染物通量的变化，进行计算分析，并给出对污染物输运影响数值研究的初步结论。     

窄缝法在河口区悬沙输运数值计算中的应用

窄缝法作为动边界问题的一种处理方法，已被用于潮流及污染物扩散的数值模拟中，并取得了较好的效果，本文将窄缝法应用于悬沙输运数值计算中，推导出了考虑窄缝时的泥沙输运方程，建立了一种具有动边界功能的泥沙输运模型，计算结果与实测值吻合较好，表明该模型在模拟河口区悬沙输运方面是正确可行的。     

基于InterDyMFoam的潜礁孤立波传播数值模拟

建立了基于OpenFOAM动边界的类fixedValuePointPatchVectorField继承的仿物理造波数值波浪水槽。对孤立波在三种不同潜礁地形上的行进、爬坡以及破碎等典型过程进行数值模拟,模拟结果与Boussinesq模型及物理模型试验所得结果进行了对比分析。结果表明,采用动边界进行仿物理造波更适合处理波高水深比较大的孤立波传播问题,可以较好地模拟孤立波在潜礁上传播引起的波浪破碎、水跃等现象。     

A Finite Element Solution of Wave Forces on Submerged Horizontal Circular Cylinders

In this paper, a numerical model is established for estimating the wave forces on a submerged horizontal circular cylinder. For predicting the wave motion, a set of two-dimensional Navier-Stokes equations is solved numerically with a finite element method. In order to track the moving non-linear wave surface boundary, the Navier-Stokes equations are discretized in a moving mesh system. After each computational time step, the mesh is modified according to the changed wave surface boundary. In order to stabilize the numerical procedure, a three-step finite element method is applied in the time integration. The water sloshing in a tank and wave propagation over a submerged bar are simulated for the first time to validate the present model. The computational results agree well with the analytical solution and the experimental data.Finally, the model is applied to the simulation of interaction between waves and a submerged horizontal circular cylinder.The effects of the KC number and the cylinder depth on the wave forces are studied.     

湄洲湾潮流特性的数值研究

本文运用一个含动边界的二维河口海岸动力模型模拟了湄洲湾潮汐潮流的基本特征，模拟结果与实测数据吻合较好．在此基础上估算了湄洲湾大、小潮过程的纳潮量，并根据湾内保守示踪物的质量（浓度）随涨、落潮流周期性的变化，进一步估算了湄洲湾的水交换周期，其半交换和80％的交换周期分别为5d和15d．同时可以看出，主航道深水区的水交换特性明显强于湾顶浅水区．