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。     

斜向不规则波对直墙作用的实验研究

通过长峰不规则波和方向波谱对直墙作用的实验研究 ,分别给出了每延米斜向不规则波波浪力与正向力之比 ,方向波谱波浪力与斜向长峰不规则波波浪力之间的关系 ,通过与规则波实验结果的比较给出了斜向规则波与不规则波波浪力之间的相对关系 ;并对斜向不规则波的反射系数与正向波时的变化作出了分析     

海堤越波量的试验研究

本文试验研究了规则波在斜坡式和直墙式堤上的越波量,给出了无因次越波量随堤顶相对高度和堤坡变化的计算公式,同时计及堤前相对水深、波陡和波浪破碎的影响,为研究不规则波的越波量进而按最大允许越波量设计海堤顶高创造条件。     

基于HUST-Ship的船舶耐波性数值试验水池参数化建模方法研究

基于自研的HUST-Ship黏性流CFD求解器,提出了一种船舶耐波性数值试验水池参数化建模方法和网格生成技术。在自研的CFD软件平台中,根据波浪参数(规则波的波长、波高和不规则波的特征周期、有效波高)自动生成船舶耐波性数值试验水池。以结构化重叠网格技术为基础,分别对船舶与水池进行网格划分并进行网格的组装、重叠,实现船舶在耐波性数值试验水池中的数值“试验”,对船舶耐波性进行数值预报。根据波浪种类分为规则波数值试验水池与不规则波数值试验水池,可对各类波浪条件实现精确可靠的数值造波,模拟船舶在各种波浪环境中运动响应、耐波性事件与非线性运动特性。采用参数化建模方法生成的耐波性数值试验水池能够提高建模和网格生成效率,通过对国际标模进行数值预报并与船模试验结果对比,验证了参数化建模方法生成的耐波性数值试验水池对船舶在波浪中运动性能的计算精度。     

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。     

波浪增减水的实用数学模型及其数值模拟

提出了一种模拟近岸区波浪增减水的实用数学模型.首先采用考虑波能损失的抛物型缓坡方程数值模拟波浪破碎引起的波浪复振幅变化,接着根据计算得到的波浪复振幅,采用一种新的辐射应力公式计算辐射应力分量,然后采用深度平均方程计算波浪破碎产生的增减水.采用该模型对规则波和不规则波破碎引起的增减水进行了数值模拟,数值模拟结果与实验结果吻合良好,表明该模型可有效模拟近岸区由于波浪破碎引起的增减水.     

近岸波浪传播折射变形的数学模型综述

对研究近岸波浪折射变形的各种数学模型（基本方程和数值方法）进行了较为系统的归纳总结和评述,内容包括线性规则波折射数学模型,非线性规则波折射数学模型,波群折射数学模型,不规则波折射数学模型。     

规则波作用下水下拖缆数值分析研究

研究了水面波浪对水下拖缆的干扰。首先基于集中质量法给出了三维非均匀拖缆在规则波作用下的数学模型,然后通过四阶龙格库塔方法进行数值求解,并根据仿真计算讨论了拖缆在不同波浪作用下的稳态响应特性。仿真结果表明,水下拖缆在规则波的作用下,不仅作近似的简谐振动,还会在横向、垂向产生一个偏移量,且随浪向角的变化呈现不同的响应特征。     

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。     

波浪产生和运动的二阶计算模型

在快速模拟波浪运动的谱方法基础上,引入造波边界,建立了模拟波浪产生和运动的二阶计算模型。采用摄动展开方法简化了带有造波边界的水波运动问题,将速度势分解,得到了满足造波边界和自由面边界的速度势的一般解,运用快速Fourier变换和时间积分,建立了模拟波浪产生和运动的数学模型。基于该模型,采用不同的数值造波条件,模拟了波浪的产生问题;考虑了波浪的初始运动问题;通过把数值结果与物理实验的比较,验证了波浪计算模型的有效性。