分段式造波机生成波浪内外部结构的一致性分析

用60个波高仪组成2m×2m的方阵,同步测量波面过程,用Doppler声学流速仪获得了二维正向和斜向规则波、二维正向和斜向随机波以及三维随机波浪场中不同水深处的同步Euler水质点速度各方向分量的高精度的时间过程资料.以此为出发点,讨论了分段式造波机生成波浪的周期分布特征,发现三维随机波浪周期分布的μ值与二维随机波浪比较有明显增大的趋势.分别从速度合矢量方向与波向的吻合程度(对二维波浪)、"多点波面"组合与"波面-水质点速度"组合两种方式得到方向谱的吻合程度(对三维随机波浪)等不同角度,论证了分段式造波机产生的波浪的内外部结构的一致性.     

海洋工程试验中多单元造波机波浪模拟方法

由若干独立摇板组成的多单元造波机已经成为实验室研究波浪及其与海洋工程结构物相互作用的重要设备.介绍海洋深水池双边多单元造波机及其模拟波浪的方法,通过物理试验对所模拟的长峰规则波、不规则波和三维短峰波进行初步的试验研究.模拟波浪的时域和频域分析结果表明利用双边多单元造波机能够生成良好的长峰波浪和三维短峰波浪,所模拟的波浪能够满足海洋工程试验的要求.     

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。     

双边多单元造波机造波性能分析

由若干独立摇板组成的多单元造波机是实验室研究波浪及其与海洋工程结构物相互作用的重要设备。由于单元摇板宽度和波浪周期对斜向波浪模拟方向角的限制、斜向波浪模拟引起的杂波和三维短峰波浪模拟的有效实验区范围等,是影响多单元造波机波浪模拟质量的关键问题。通过对海洋深水池双边多单元造波机性能的分析,获得了波向角与规则波浪周期的关系,避免杂波产生的波浪周期范围和三维短峰波浪有效实验区的范围。分析结果对于海洋深水池高质量模拟波浪并为海洋工程结构物模型试验提供良好的波浪环境条件具有重要意义。     

不规则波浪数值水槽的造波和阻尼消波

利用MAC(marker and cell)法直接数值求解连续方程和N-S方程.为模拟不规则波长时段连续造波及消除波浪遇结构物后形成的二次反射,采用了源造波法.对开敞边界,采用了海绵阻尼消波和Sommerfeld条件相结合的处理方式.     

分段式造波机生成波浪的方向谱分析

采用声学多普勒流速仪(ADV)和多点测波仪的实验资料,对分段式造波机生成的多向随机波浪进行方向谱分析.结果表明,分段式造波机生成的多向随机波浪的时间平稳性优于空间均匀性;贝叶斯方法(BDM)适合于流速实验资料和阵列波浪资料的方向谱分析,给出的方向谱满足随机波浪的内禀性质(如光滑性、连续性等);流速资料和阵列波浪资料给出的方向谱具有相当的精度,但与测速的深度有关;三参量(如三点波浪、两个方向的速度分量和一点波浪等)可给出具有相当精度的方向谱;给出了衡量方向谱精度的初步标准.     

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。     

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。     

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。     

数值波浪水槽中完全非线性浅水波仿真特性研究

应用基于势流理论的时域高阶边界元方法,建立一个完全非线性的三维数值波浪水槽,通过实时模拟推板造波运动的方式产生波浪。通过混合欧拉-拉格朗日方法和四阶Runge-Kutta方法更新自由水面和造波板的瞬时位置。利用所建模型分别模拟了有限水深波和浅水波,与试验结果、相关文献结果和浅水理论结果吻合较好,且波浪能够稳定传播。系统地讨论造波板的运动圆频率、振幅和水深等对波浪传播和波浪特性的影响,并对波浪的非线性特性进行分析,研究发现造波板运动频率、运动振幅以及水深均将对波浪形态和波浪非线性产生显著影响。结果为真实水槽造波机的运动控制以及波浪生成试验提供了依据,便于实验室设置更合理的参数来准确模拟不同条件下的波浪。     

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。     

香港附近海区台风波浪的波群统计分析

根据香港附近海区１９８５，１９８６年两次台风大浪的实测资料，以有效波高为相应水平，对波群作统计分析，得出可供海洋工程参考的波群连长、波群重复长度、波出现频率以及波群中最大波高与有效波高的关系等。并将统计值与理论值作比较，结果表明：统计值大于“连”的理论值，而与包线理论中采用合田修公式的计算值相近。     

小型室内水槽造波造风系统设计

小型室内风浪水槽是海气界面多种微尺度过程实验研究的基础设施.造风造波系统是风浪水槽的核心部分.针对多种微尺度过程模拟的需要,设计了造风造波系统的硬件结构与控制软件.利用该系统,开展了多种造波、造风实验.通过对实验数据的分析,证明该设计满足各项预定指标,可以有效模拟多种海气界面风浪环境.     

考虑波能耗散的近岸波浪传播数学模型

基于考虑能耗的定常缓坡方程，推导得出包含波能耗散的近岸水域波浪传播变形数学模型，并用所得模型对浅水中波浪的传播进行了计算，将计算结构与Berkhoff的实验数据进行比较，表明二者吻合很好。该数学模型能较好地解决波浪在浅水中的传播变形问题。     

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。     

直立堤前波浪和波压力统计特征

基于1987年和1988年夏季在古镇口港直立堤前的实测资料,对波浪和波压力连续记录进行了统计分析和谱估计,研究了在堤前海浪不发生破碎条件下,堤前波浪和堤面不同高程上压力波的波面高度概率分布、堤前波浪波高和周期与波压力幅度和周期的概率分布特征、入射波行近提前过程中的谱变化及堤面不同高程上压力谱的变化特征。主要结果总结在本文最后一节。     

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。     

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。