作用于水平桩柱上的波流力

本文基于改进后的Morison方程和线性理论分析了作用于水平桩柱上的波流力,文中提出了适用于波流场中水平圆柱上的重新定义KC数(KC₂),实验表明桩的受力系数C_D及C_M与KC₂有良好的相关性,同时证明水流速度对二系数也有所影响,分析表明,规则波的成果可用于在时域中计算不规则波时的波流力,无论是力谱或力的统计分析值均与试验结果吻合良好.本文方法可供实用参考.     

不规则波和流作用于圆柱上的正向力及横向力

本文研究了垂直圆柱体在稳定流与不规则波共同作用下的受力问题,给出了适用于这一流场下KC数的定义.本文利用Morison方程分析桩柱在不规则波和流共存场中受力的计算,给出了速度力系数C_d、惯性力系数C_m及横向力系数(C_L)_max及(C_L)_1/3随KC数的变化情况.本文还探讨了波流联合作用下横向力与合力特征值和正向力特征值的关系.     

作用于并列双桩桩列上的波流力

本文通过实验研究测定了双桩并列时在不规则波和水流共同作用下在不同桩距条件下桩柱所受的正向力与横向力,分析了正向力、横向力及其合力的时域及频域特性,给出了正向力、横向力和合力群桩系数随相对桩距和KC_p数的变化规律.文中还探讨了双桩并列时合力值及其方向与单桩合力值和方向的比较.     

波流共同作用下海底子母管线水动力的物理模型试验研究

通过物理模型试验研究海底子母管线分别在规则波加流和不规则波加流作用下的水动力特性。基于Morison方程,采用"等效直径法"分析得到子母管线拖曳力系数C_D,惯性力系数C_M和升力系数C_L(C_D+,C_L-)。试验分别考察了流速比U_c/U_w,母管与海床间隙比e/D及子母管间的相对缝隙G/D对海底子母管线水动力系数的影响。结果表明水动力系数随U_c/U_w的增大而减小;当e/D<0.5时,海床对子母管线受力的影响比较明显,C_D,C_M及C_L+均随e/D增大而减小,|C_L-|随e/D增大而增大;对子母管间的相互影响也不可忽略,C_D,C_M和|C_L-|均随G/D增大而减小,C_L+值随G/D增大而增大。     

海底沉积物孔隙度与声速的关系

给出大陆架海底沉积层中声速(压缩波)V_p依赖于沉积物孔隙度n的一个新的经验公式,该公式当n=100时,V_p=V₀,V₀为海底水声速.公式的计算值与我国周边大陆架测量值吻合较好,并将其结果与国内外成果作了对比讨论.     

近底管线上的波浪力

本文利用物理模型试验,同步测试了近水底管线在波浪作用下的水平力和外力,并应用莫里逊公式、二阶斯托克斯波理论,按最小二乘原理统计了水平力系数C_D和C_M,分析了它们与KC数间的关系,提出了经验式。本文重点探讨了升力过程线的计算模式,采用傅氏级数法分析了实测升力过程线,提出了五阶升力系数及其相应的初相位值与KC数的经验关系式,从而,首次提出了计算升力和合力过程线的方法。文中还通过实例,比较了力过程线的实测值和计算值,讨论了最大合力值及其相位特征等。     

051微机系统实时处理桩柱上波、流力试验数据的研究

本文提出了用051微机系统,实时处理单直桩在规则波和水流共同作用下的波、流力测试数据。编制了量测系统的率定程序、模拟量的采样程序及计算程序,能及时打印出所需数据,包括波峰时总波流力及最大总波、流力和相应的力臂、相位、波面值,以及按线性波理论计算的波、流力系数C_D和C_M。     

畸形波作用下双层水平板防波堤压力分布特性研究

基于物理模型试验,考虑畸形波参数、相对板宽、相对波高等影响因素,就畸形波对平顶双层水平板防波堤作用进行研究。首先对畸形波作用下双层水平板的波浪力分布特征进行了讨论,然后就最大波动压强、结构最大总垂向力与不规则波作用进行了对比分析。结果表明,畸形波作用下,双层水平板最大波动压力出现在前端迎浪区域附近,向尾端逐渐递减。双层水平板4个受力面的压力分布不同且有相位差,4个受力面的最大波动压力时间差约在0.1T_p~0.4T_p范围内变化。与不规则波作用比较,畸形波作用没有显著改变波压包络分布特征,但增大了波压包络强度值。试验范围内,就最大总力而言,两者最大总浮托力比值在1.06~2.45间变化;向下的最大总垂向力比值在1.22~2.07之间变化;就波动压力而言,其增大的幅度与畸形波参数α₁相关性最强,随α₁的增大而增大,在α₁=2.04~3.1试验范围内,畸形波作用时的最大压强比不规则波作用时可约增大20%~80%。就最大波吸力而言,两者的比值与畸形波参数α₄相关性最强,随α₄的增大而减小。在α₄=0.62~0.75试验范围内,最大波吸力强度的比值在1.61~0.87范围内变化。当α₄≤0.72时,畸形波作用时的最大波吸力大于不规则波作用时的最大波吸力;当α₄ > 0.72时则刚好相反。     

波、流共同作用下的泥沙起动

对波、流共存时的床面剪切力及摩阻系数等作了探讨,根据泥沙起动试验,建立了泥沙起动Shields曲线,导出了波、流共同作用下层流和紊流时的泥沙起动公式和起动波高、起动水深.     

缓坡上波浪谱的变形及破碎

在文献[1]中,通过实验分析和理论计算,笔者提出不规则波浪的破碎指标仍可采用合田[2]的相对波高极值(H/d)_b与Michell[3]和Miche[4]的极限波陡指标(H/L)_b.本文利用该破碎指标,分析计算了缓坡上不规则波在水流作用下的谱变形、波高的统计分布以及波浪破碎的概率等,其结果与作者的实验结果符合良好。     

不规则波作用于垂直桩柱上的正向力

通过试验,研究了规则波,特别是不规则波作用于孤立桩柱上的正向力,通过测定桩上的总波浪力并利用时域最小二乘法和互谱分析法,研究了Morison公式中的系数C_D、C_M与KC数和雷诺数的关系及其随频率的变化,给出了规则波和不规则波作用下的C_D、C_M与KC数的关系曲线,此外,从波、力之间的相干数角度,对传递函数法计算不规则波浪力的适用范围也作了分析。     

畸形波作用下锚泊方柱系泊张力特性研究

基于物理模型试验，探究畸形波和不规则波作用下浮体系泊张力差异问题。讨论相对波高、相对周期和畸形波参数α₁对系泊张力的影响。结果显示:畸形波参数α₁和浮体系泊张力显著相关。在α₁=2.0～2.83范围内，畸形波作用下迎浪侧系泊张力最大值可达不规则波作用的1.9倍。在相对波高H_s/d=0.032～0.097范围内，畸形波作用下迎浪侧系泊张力最大值显著大于不规则波的作用结果，但畸形波和不规则波对应的1/3值及平均值几乎一致。就相对周期影响而言，迎浪侧系泊张力最大差别出现在谱峰周期T_p0p范围内。频域方面采用小波分析方法讨论畸形波和不规则波作用下浮体系泊张力时频谱特征，两种波浪作用下系泊张力时频特征有显著差别。     

浮冰在规则波和双色波下的运动特性研究

为研究浮冰在波浪下的运动特性,以单个聚氯乙烯（PVC）塑料圆板模拟浮冰,进行了一系列波浪试验研究。在规则波试验基础上,同时研究了双色波条件下的浮冰运动特性。结果显示：规则波条件下浮冰运动幅频响应算子首先随无量纲波长的增大而增大,当无量纲波长大于4.0后,运动幅频响应算子随无量纲波长的变化不明显,且趋于一定值;在双色波条件下,对应频率组成成分的浮冰运动幅频响应算子与规则波条件下随波长的变化规律一致。根据部分规则波试验结果提出预测浮冰慢漂速度的经验公式,并用已有的试验和余下的规则波与双色波试验结果进行验证。结果表明,经验公式对规则波和双色波条件下的浮冰慢漂速度的误差在20%以内,预测结果吻合较好。     

二维自由面条件和辐射条件的数值模拟

在时域内对二维自由面条件和远方辐射条件进行数值模拟,自由面条件采用先积分后离散的处理方式,远方条件采用匹配积分方程的方法和透射理论的人工边界方法处理。分别计算了圆柱与水面直交和斜交时的水动力系数以及摇板造波问题的速度势,计算结果与文献值和理论值符合程度良好。     

浮式防波堤性能理论计算

本文论述了在任意浪向微幅入射波作用下,浮式防波堤性能理论计算。在求解其绕射势和辐射势边值问题后,引入无穷远处波浪速度势渐近表达式,应用波浪能量守恒原理,分别计算出由浮式防波堤横荡、垂荡和横摇运动引起的堤后波和当其被固定时在入射波作用下在堤后所兴起的波浪。最后计算出表达浮式防波堤防波效果的,以堤后波幅值与入射波幅值之比所定义的堤后波系数G_T。 本文对二个计算实例进行了理论计算,结果与试验相比吻合良好。     

高桩挡板透空式防波堤消浪性能数值研究

以RANS方程为控制方程,基于有限体积法,在动量方程中添加源项,建立了具有造波‐消波功能的数值波浪水槽。利用建立的源项造波数值波浪水槽,模拟了高桩挡板透空式防波堤在规则波作用下的消浪效果,完整地再现了堤前堤后的流态,分析了挡板相对入水深度对透浪系数的影响。在与试验值及拉帕公式对比后发现,数模计算结果与试验值较接近,拉帕公式偏大。研究了堤顶相对宽度、相对水深、相对波高对透浪系数的影响并提出修正公式,修正公式与计算值和试验值吻合较好。     

浅水区圆柱墩群上的非线性波浪力

本文基于一阶近似椭圆余弦波理论研究了浅水区非线性波浪对圆柱墩群的绕射作用,推得了计算圆柱墩群上的非线性波浪力的计算公式。为验证所得的理论成果,在大连理工大学沿岸工程国家重点实验室的波浪槽内进行了模型试验,试验的波浪范围,其特征波周期T(g/d)~(1/2)=8.08～22.86,特征波高H/d=0.1～0.45.理论计算结果与试验结果吻合良好.研究表明,浅水区圆柱墩群上的非线性波浪力较之通常采用线性波理论的计算结果为大,其增大值随波浪非线性的增强而增大,可达相当大的数值。在本文计算和试验的范围内,最大可增大至4倍以上。建议当T(g/d)~(1/2)≥8时,应采用椭圆余弦波理论来计算波浪力。     

黄海、渤海TOPEX/Poseidon高度计资料潮汐伴随同化

首先将大约10a的TOPEX/Poseidon(T/P)高度计资料沿星下轨迹点做潮汐调和分析,提取得到各分潮的调和常数,利用伴随同化方法,同化到二维非线性潮汐数值模式中,模拟了黄海、渤海区域M₂,S₂,O₁,K₁等4个潮汐分潮,并根据计算结果给出了各分潮的同潮图.将计算值与观测值的进行偏差统计,结果表明计算值与验潮站资料符合良好.研究过程中做了两类试验:一类试验是针对不同的参数进行优化,一类试验是针对不同的资料进行同化.第一类试验表明:将开边界条件和底摩擦系数同时作为模型优化的控制参数,其结果明显优于单独优化开边界条件;第二类试验表明:同时同化高度计资料与验潮站资料,比单独同化其中任一种资料,对模式计算结果都有较好的改进.研究结果表明,采用伴随同化方法,利用T/P高度计资料和验潮站资料作为同化数据能有效改进模拟结果,用来反演黄海、渤海的潮波系统是可行的.     

海面粗糙度的分析

表征海面粗糙程度的物理量有三:粗糙雷诺数(R_r)、空气动力学的粗糙长度(Z₀)和阻力系数(C₁₀).文中一方面探讨C₁₀与R_r或Z₀的关系,一方面讨论Z₀的无因次量与波龄的关系.文中所用的资料既有大洋又有海湾还有湖泊的;为反映大气稳定度的影响,又将资料分为4组.所建的关系式,经检验或与现有式比较,显示出颇为令人满意的结果.Toba等人提出的Z₀的无因次量与波龄成正比的关系,除前人指出其缺陷外,文中还据事实得出其存在是颇为勉强的.     

随机波浪下泰勒离散系数的时域解

利用Wolk提出的粒子追踪方程,通过等分频率法划分不规则波谱,利用MATLAB做粒子运动模拟计算,得到无因次化泰勒离散系数K/D随时间t变化的曲线;通过与Huang等得到的P-M谱的泰勒离散系数K/D计算结果比较证明了本计算方法的可靠性。采用该方法研究了不规则波条件下,波序列(同一谱型不同波面序列)和谱型(谱峰周期、有效波高、谱峰升高因子)对波浪离散系数的影响;计算结果表明:同一谱型不同波序列对泰勒纵向离散系数稳定值和稳定时间无影响;不规则波谱峰周期越大,纵向离散系数K/D越小,稳定时间越短;有效波高越大,纵向离散系数K/D越大,稳定时间越长;谱峰升高因子越大,泰勒离散系数K/D越大,稳定时间越长;与规则波相比,不规则波的泰勒离散系数K/D的值略小10%~30%。