深水随机波列中畸形波统计特征的研究

本文基于Longuet-Higgins随机波浪模型和JONSWAP谱,进行了大量深水随机波的模拟,获取了畸形波发生概率稳定的随机波列,并对随机波列中的畸形波进行了分析。结果表明,畸形波发生的概率小于基于Rayleigh分布预测结果,且随谱宽的减小而增大。在固定时间段内,畸形波发生的频次服从泊松分布,时间间隔服从指数分布,且随着谱宽的增大,畸形波的发生频次减小,相邻畸形波的发生时间间隔增加。通过小波变换方法分离随机波中的波群,研究了出现畸形波的波群特征,发现一个波群中最多会出现4个畸形波,但是在发生畸形波的波群中,单个畸形波的概率最大。随着谱宽减小,一个波群中包含多个畸形波的概率增加。另外,出现畸形波的波群时间长度服从广义极值分布,随着谱宽减小,畸形波波群的时间跨度增加。     

基于实测资料的畸形波发生概率研究综述

系统地回顾和总结了国内外在实测资料入手探讨畸形波发生概率的研究成果,对比分析了有关实测资料及对应畸形波的特点,评述了针对畸形波发生概率的研究进展,指出了诸如所用畸形波定义不统一等该研究领域存在的共性问题,提出了进一步基于实测资料开展畸形波发生概率研究的思路。     

数值模拟生成畸形波的一种新方法

通过理论分析和数值模拟,结果证明利用Longuet-Hinggins模型可以得到包含畸形波的随机波列,但在组成波的初相位随机分布的条件下,畸形波发生的概率很低且其畸形程度较小。调整组成波的初相位,增加具有相同初相位的组成波个数,可增大畸形波发生的概率,而且所得畸形波的畸形程度也相应增大。将模拟得到的畸形波与实测畸形波进行了比较,发现它们的波形很相似,表明这种模拟方法是可行有效的。     

畸形波传播速度实验和数值模拟研究

畸形波的传播速度是其最重要的特征参数之一。研究畸形波的传播速度有助于深入和全面了解畸形波的生成机理及其演化过程,另外还可以用于畸形波的预报。针对现有关于畸形波传播速度计算方法(高阶Stokes波理论近似估算,Hilbert变换和两固定点的距离除以畸形波的波峰经过两点所用时间)的不准确性和局限性,使用32个测点描述畸形波波峰沿波浪水槽的运动轨迹,再用回归分析法估算波峰运动轨迹与时间的相关关系,从而计算出畸形波的传播速度。基于288组物理模拟畸形波和364组数值模拟畸形波传播速度的计算结果,使用回归分析方法得出了畸形波传播速度的半经验半理论计算公式,同时还分析了畸形波传播速度的强非线性特征。     

畸形波作用下四立柱张力腿平台动力响应研究

介绍了畸形波生成的方法并对各种线性合成畸形波的效率进行了对比。选用改进的随机波加瞬态波的方法模拟强非线性波———"新年波"的波形。采用微元法对张力腿平台的立柱和浮筒进行离散,编制程序对张力腿平台在强非线性波作用下的耦合动力响应进行了数值模拟,重点比较分析了张力腿平台在随机波及畸形波中所受波浪力、平台动力响应、系泊系统张力特性及浪向角对平台运动的影响。研究表明:在"新年波"作用下,0°浪向时,平台在x和z方向所受波浪力较随机波增长了约1/4,纵荡、垂荡及纵摇响应值分别增加了33%,38%和12%,张力腿张力幅值增加约20%,位于平台四角的张力腿张力有所差异,相邻两根张力腿的张力差别不大,浪向角对平台运动响应、张力腿张力的影响畸形波大于随机波的作用。为今后考虑强非线性波浪影响时张力腿平台的设计提供了借鉴和参考。     

畸形波数值模拟和定点生成

采用David L等人提出的数值模拟产生畸形波的方法,以Longuet-Hinggins模型为基础,利用一个基本波列和一个瞬态波列线性叠加模拟波面,在很短的波列中得到畸形波,从而使模拟畸形波的效率提高。得到的畸形波畸形程度较高,并且可以控制畸形波出现的时间和地点。用该方法模拟实测畸形波并与其进行对比验证,结果表明模拟产生的畸形波和实测畸形波吻合良好。以此方法为基础,在实验室内物理产生畸形波将更加具有可操作性。     

短峰畸形波生成、演化过程的外部特征研究

在实际海况中,由于波浪组分方向不同,使海浪常表现为三维短峰波,与二维长峰波相比,有诸多异同特征。为了研究三维畸形波生成和演化过程中异常大波的外部特征以及大波间的关联,本文采用色散和方向聚焦方法在物理水池中模拟了短峰畸形波的整个生成和演化过程。研究结果表明,生成和演化过程中出现的异常大波沿着方向分布函数峰值方向演化,具有一定程度“对称”特征;根据异常大波的特征参数可将该过程分成3～4个典型的阶段,这意味着可以根据异常大波的特征参数判断其所处阶段及预测其演化趋势;三维畸形波生成和演化过程可能会跳过“波群”或者“深谷”阶段,与二维畸形波相比,时-空范围较小,这意味着在三维波浪场中,与畸形波相关的深谷和波群的发生概率较低。     

基于实测资料的畸形波概率及波浪要素分析

根据Kjeldsen对畸形波的定义：波高大于有效波高的2倍（H/H_1/3＞2）,基于实测波浪资料,统计分析了江苏射阳海域和广东南澳海域的畸形波个数和波浪要素。江苏射阳海域畸形波发生概率为0.005 7%,广东南澳海域畸形波发生概率为0.007%。用Rayleigh分布、双参数Weibull 分布和MER分布对实测数据得到的特征波高进行了拟合,研究了海域内畸形波发生的概率分布。拟合结果表明：MER分布更适合描述两个海域畸形波的发生概率,两个海域畸形波的发生概率均高于Rayleigh分布和Weibull分布。在测量数据期间,台风在海域过境可能增加畸形波的发生概率;同时两个海域的双峰谱占比为22.7%和5.8%,可能也是导致畸形波发生概率增加的原因之一。     

极限波浪作用下半潜平台运动响应时域数值模拟

针对一座工作水深为500 m的半潜式海洋平台,运用时域耦合分析方法,计算其在极限波浪作用下的运动响应。通过比较平台在两种不同形式极限波浪(即畸形波和"三姐妹"波)作用下的运动响应,分析两种不同形式的极限波浪对平台运动的影响。同时通过分析畸形波的参数对平台运动幅值的影响,确定平台运动响应对畸形波参数的敏感性。分析结果表明:极限波浪在聚焦点处波高最大,当平台恰好位于聚焦点时,对平台来说最危险;畸形波的波峰值是影响平台运动的最主要参数,在平台初期设计中要考虑工作海域中极限波浪可能达到的最大值;在波峰值相同的条件下,平台运动的最大值随着畸形波的谱峰周期和有义波高的增加而增加。     

利用波浪频谱数值模拟畸形波的方法探究

畸形波是一种特殊的波浪,它的波高极高,波峰尖瘦,能量很集中[1].图1是一个比较典型的畸形波[1],这个波列的有效波高是5.65 m,而其中的畸形波波高是有效波高的3.19倍,达到了18.04 m,波峰的高度是13.90 m,波的周期是9.8 s,畸形程度很大.最有名的畸形波是图2给出的1995-01-01-15:20在北海Draupner石油平台记录的波高25.6m的“新年波”,1 200 s长的观测记录显示当时的有效波高是11.92 m,波峰的高度达到18.4 m.由水深70 m,畸形波的特征周期12 s,根据线性色散关系得出波长为220 m.