港口工程中有关波浪问题的实用计算系统

港口工程中，波浪是一个非常重要的问题，港工建筑物的设计、港口平面布局的确定、航道淤积量的计算等均需了解和掌握本海区的波浪情况，所以编制本系统的宗旨就是使由外海波浪要素推算到港区泊稳计算等一系列繁琐复杂的波浪推算工作都尽可能地通过计算机来实现，从而减轻工作强度、提高工作效率。该系统目前包括五个模块、即外海波浪要素推算模块，Ｐ－Ⅲ型适线分析模块，浪波浅水变形计算模块、港区波浪绕射计算模块和不同累积频率波高换算模块。从本系统在国内几个港口中的使用情况来看，计算结果是令人满意的。     

床面冲淤计算机处理方法

冲淤计算是河流，河口，海岸等水域中分析，预测床面变化的基础，利用非结构网络自动剖分技术形成覆盖计算区域的三角网，能较好地适应边界和特殊地形，基于高程内插建立三角网数字高程模型，采用垂直三棱柱体作为基本单位计算不同时段冲淤量，从而提高计算精度，通过网络剖分，利用在计算区域内任意选择子域进行淤量的计算和分析。同时将生成的非结构网格直接有于二维床面冲淤数学模型，便于对每个节点的计算结果进行检证以提高模型的可靠性。     

考虑底摩擦与岛屿影响的渤海潮波计算──渤海潮波计算中对不同形式的方程、底摩擦及岛屿处理之比较

采用二维非线性或线性潮波微分方程和三种不同底摩擦形式，在考虑岛屿或忽略岛屿（线性平滑）两种情况下，分别对渤海单个Ｍ２、Ｓ２、Ｋ１、Ｏ１分潮进行了数值计算。得出了这４个分潮在不同情况下的同期时线和等振幅线图及在部分站位上的调和常数值。计算表明，对渤海Ｍ２、Ｓ２、Ｋ１、Ｏ１单个分潮进行数值计算时，非线性方程中浅水和对流非线性项存在或不存在，对计算结果几乎没有影响，亚网格尺度岛屿对计算结果的影响并不大。用实测资料检验并与已有研究结果比较得出：由于水深过浅，底摩擦形式取非线性比取线性好；忽略尺度比网格尺度小得多的岛屿所得结果更合理，计算也更方便。     

海上风电高桩承台基础关键部位受力特性研究

海上高桩承台基础结构承台部分的设计主要依靠高桩码头和桥梁等其他高桩承台结构的经验，基于在建工程，为解决设计时容易设计出过厚承台和多余配筋的问题，本文采用有限元对包括土体在内的整个风机基础进行精细化数值模拟计算，计算结果与规范算法进行对比，得到承台设计时规范算法的安全余量，同时提出配筋优化方向。结果表明：基于弹性材料模型计算结果，有限元计算结果小于规范算法计算结果，基桩最大压力相差22.43%，最大上拔力相差2.08%，弯矩差别最大为57.89%，最小为18.85%；基于弹塑性材料模型计算结果，钢筋最大应力出现在钢管桩桩头，承台顶层钢筋受力较小，设计时可加强钢管桩桩头配筋，减少承台顶层钢筋数量。     

海上吸力锚负压下沉渗流场的特性分析

采用8结点等参元的有限元方法，对海上吸力锚负压沉贯过程中锚体周围土体的渗流场进行了数值计算与分析，并给出了渗流场相关要素的计算方法，如水头、等势线、渗流力、渗流速度和渗流量等。通过对实例的分析，计算结果和结论令人满意，为吸力锚的设计等现实应用提供了依据。     

受陆岸影响浅水区台风风浪的计算方案

在我国港口工程技术规范的波浪成长理论基础上，考虑到台风流浪的基本特点，等效水深的概念，浅水区波浪的折射，不规则波的能量分布特性，受陆岸和岛屿影响角度范围内的有效能量风区长度等因素，提出了受陆岸，岛屿影响浅水区（包括海湾区）台风风浪的计算方案，本方案只需台风中心位置、中心气压和计算点于各方位的风区长度（受陆岸影响部分）等资料，便可快速地得到计算点的波浪要素。经实测资料验证，效果良好。     

闽江口河网二维潮流数学模型

应用“河网正交贴体坐标”技术拟合闽江河口多汊道河网，将网格控制在河道有效区域内，使网格空间步长大大缩小，提高了计算的可信度，应用“矩阵追赶法”和“非线性二维潮流模型”等求解方法，很好地模拟了闽江河口复杂的潮流场，计算时间步长可长达10min。该数学模型已在闽江口等多个工程中得到应用，效果良好。     

受陆岸影响浅水区台风风浪的计算方案

在我国港口工程技术规范的波浪成长理论基础上，考虑到台风波浪的基本特点、等效水深的概念、浅水区波浪的折射、不规则波的能量分布特性、受陆岸和岛屿影响角度范围内的有效能量风区长度等因素，提出了受陆岸、岛屿影响浅水区（包括海湾区）台风风浪的计算方案。本方案只需台风中心位置、中心气压和计算点于各方位的风区长度（受陆岸影响部分）等资料，便可快速地得到计算点的波浪要素。经实测资料验证，效果良好。     

多喷嘴结构液气混合器的仿真分析

针对自行设计的多喷嘴液气混合器的具体结构，分析研究了等直径并联管路的流量分配计算的准则，指出在计算变直径并联管路的流量分配时应注意的问题。并建立合理的数学模型，通过计算机仿真优化设计了多喷嘴混合器的尺寸配合关系，证明这种结构混合器的有效性。     

建筑空调瞬时负荷控制模型

根据本地区夏季气温、太阳辐射强度等气象参数，提出建筑空调瞬时负荷控制模型。对本地区气象参数归纳为两个地区气象专用值：地区气象常数Ｃｋ和地区气象专用温度ｔ０。应用该模型与我国常用的分析计算方法进行比较，两者计算结果基本一致。该模型可提供在我国不同地区利用当地气象参数，计算、控制建筑空调的瞬时负荷。     

垂向二维潮流数值模型及其在长江口北槽的应用

应用变网格有限元方法，采用任意四边形等参单元，离散横向积分的Navier—Stokes方程，建立河口潮流垂向二维数学模型。应用此模型，对长江口北槽水域两个观测站的潮流水位、流速垂线分布和整个北槽潮流流速纵向分布进行了模拟。潮流水位、流速垂线分布的模拟值分别与观测站的实测值可以较为吻合，证明了本文模型的实用有效。模拟得到的涨急、落急时刻整个北槽潮流流速纵向分布给出了定性的结果。     

Third order contribution to the wave-making resistance of a ship at finite depth of water

This paper presents a potential based boundary element method for solving a nonlinear free surface flow problem for a ship moving with a uniform speed in finite depth of water. The free surface boundary condition is linearized by the systematic method of perturbation in terms of a small parameter up to third order. The surfaces are discretized into flat quadrilateral elements and the influence coefficients are calculated by Morino's analytical formula. Dawson's upstream finite difference operator is used in order to satisfy the radiation condition. The second order solution gives better result than the first or third order solution. So the present method with the second order solution can be adopted as a powerful tool for the hydrodynamic analysis of the thin ship in finite depth of water.     

A Finite Volume Method with Unstructured Triangular Grids for Numerical Modeling of Tidal Current

The finite volume method （FVM） has many advantages in 2-D shallow water numerical simulation. In this study, the finite volume method is used with unstructured triangular grids to simulate the tidal currents. The Roe scheme is applied in the calculation of the intercell numerical flux, and the MUSCL method is introduced to improve its accuracy. The time integral is a two-step scheme of forecast and revision. For the verification of the present method, the Stoker＇s problem is calculated and the result is compared with the mathematically analytic solutions. The comparison indicates that the method is feasible. A sea area of a port is used as an example to test the method established here. The result shows that the present computational method is satisfactory, and it could be applied to the engineering fields.     

西涌湾及邻近海域物理自净能力研究

利用不规则三角形网格和分步杂交方法建立了西涌湾及邻近海域的二维变边界潮流数值模型，并在此基础上建立了相应海域的拉格朗日余流模型，对拟建排污口标识质点的运移轨迹进行跟踪，通过计算公式，给出了西涌湾及邻近海域的水交换活跃区和滞缓区，并为拟设排污口进行了优化选择。     

A fully nonlinear Boussinesq model in generalized curvilinear coordinates

Based on the fully nonlinear Boussinesq equations in Cartesian coordinates, the equations in generalized coordinates are derived to adapt computations to irregularly shaped shorelines, such as harbors, bays and tidal inlets, and to make computations more efficient in large near-shore regions. Contravariant components of velocity vectors are employed in the derivation instead of the normal components in curvilinear coordinates or original components in Cartesian coordinates, which greatly simplifies the equations in generalized curvilinear coordinates. A high-order finite difference scheme with staggered grids in the image domain is adopted in the numerical model. The model is applied to five examples involving curvilinear coordinate systems. The results of these cases are in good agreement with analytical results, experimental data, and the results from the uniform grid model, which shows that the model has good accuracy and efficiency in dealing with the computations of nonlinear surface gravity waves in domains with complicated geometries.     

苏北辐射沙洲海域水文特征与COD潮扩散计算分析

采用平面二维水动力及污染物输运模型.针对研究海域的水动力特性.应用潮流场作为背景场驱动控制污染物浓度的对流扩散方程,利用有限元方法对苏北辐射沙洲海域大、中、小潮水动力特征及如东洋口港附近污染物输运进行了计算分析。计算结果与实测结果比较表明:计算所得潮流场合理.辐射沙洲区部分潮流脊间水道的潮流运动具有明显的定向往复流形式,潮流强,潮差大.且形成了辐射状潮流流炀;排污口排放的污染物的扩散影响范围不大,不利潮型为小湖,大潮和中潮情况下,污染面积有所减小。     

解浅水方程的集中质量有限元方法

本文给出三角形单元集中质量有限元解浅水波方程的方法以及该方法在IBM-PC微机上的应用实例并取得较好结果。     

广西近岸海域潮流数值模拟

采用有限元三角形网格的分步杂交方法,建立了广西近岸海域的二维潮流数值模型,计算值与实测资料符合较好。采用主要分潮组合输入,模拟了研究海域的平均潮潮流场。模拟结果表明:涨急时,潮流向为东北方向,最大涨潮流速为74cm/s左右;落急时,潮流向为西南方向,最大落潮流速约100cm/s,落潮流速大于涨潮流速。近岸区域潮流为往复流,离岸边越远潮流越接近旋转流。     

Finite element analysis of suction penetration seepage field of bucket foundation platform with application to offshore oilfield development

The seepage field generated by suction penetration of a bucket foundation into sea floor is numerically simulated with a finite element method. The water head and its gradient on both sides of the bucket wall in the seepage field are computed and the results are applied to the calculation of penetration resistance versus penetration depth. Also, allowable suction pressures with various penetration depths are provided for platform installation. The engineering parameters given in this paper were adopted in the design of the first platform (CB20B) with suction-penetrated buckets as foundations in China. This platform has successfully been launched into operation for the offshore oilfield development at the Yellow River Submersed Delta.     

浅海余环流的有限元模拟(英文)

基于海洋资源开发、环境保护和近岸海域地貌复杂性等原因,浅海余环流的研究引起了世界各国海洋学者的兴趣。余环流是风海流、热盐环流和潮余流耦合形成的。滤掉实测流的周期性部分,剩余的环流就是这三部分海水运动的合成结果。余环流难以分解成上述三个组成部分。因而在讨论浅海余环流的场合下,我们应将这三个分量当做一个统一的整体现象予以考虑。根据这个论点,冯士筰、奚盘根和本文第二作者提出了浅海斜压余环流模型。本文将这个模型应用于中国渤海并采用有限元方法求解了模型方程。计算结果与实测资料符合良好。