复杂结构形式的海堤波浪力及波浪形态数值模拟

依据雷诺方程和k-ε紊流模型,按流体体积(VOF)法追踪波浪自由表面,采用源造波法,建立数值波浪水槽,数值模拟波浪对复杂结构形式海堤的作用.数值模拟结果与经验公式、物理模型试验结果基本符合,说明所建立的数值波浪水槽合理可行.揭示了不规则波作用下复杂结构形式海堤波浪力分布规律,模拟了堤前波浪形态变化,为探讨合理的海堤结构形式提供了依据.     

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.     

不规则波与开孔沉箱相互作用数值模拟

采用三步有限元法对N-S方程进行离散,同时借助CLEAR-VOF方法追踪流体自由表面,利用主动吸收式造波等手段改进了二维不规则波浪数值水槽,使得水槽中的波浪谱与目标靶谱吻合较好。进而建立了不规则波浪与开孔沉箱作用一种新的数值模式,分析研究不规则波作用下开孔沉箱的反射率,并与现有的物模结果和数模结果进行了对比,为不规则波与开孔沉箱作用问题的研究,探求了一种新的数值手段。     

基于光滑质点流体动力学方法数值波浪水槽研究

基于光滑质点流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,简称SPH)方法建立二维数值波浪水槽,利用推波板造波生成孤立波和不规则波,模拟结果跟实验值及解析解做了对比分析,结果令人满意.SPH数值水槽中生成的波浪具有明显的非线性,波浪能量沿程有所衰减,与物理水槽结果吻合良好.     

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。     

数值二维随机波浪水槽的建立和应用

利用域内源造波和边界海绵层吸波的思想,建立了基于势波理论的具有良好适应性的二维随机波浪数值水槽。垂向采用σ—坐标变换,将随时间变化的不规则物理域变为不随时间变化的规则计算域,有利于不规则自由表面条件和底面条件的“严格”满足。数值试验表明,本数值模型可连续地产生理想的规则波和随机波而不受建筑物产生的反射波的影响,计算所得直立堤上的随机波浪力与试验结果吻合较好。     

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。     

台阶式变深水槽造波的解析研究

利用特征函数展开法对台阶式变深水槽中推板式造波机造波问题进行了研究,建立了相应速度势和波面的解析表达式。与高阶边界元方法(HOBEM)数值结果进行了对比,验证了本解析解的正确性。通过数值试验,研究了台阶对入射波的影响,同时分析了造波板所在位置(上部台阶)水深、水槽工作区(下部台阶)水深、造波板运动周期和造波板水平位置等因素对生成波浪高度的影响。由此选择合适的造波板所在位置及水深来得到所需要的波浪高度,进而根据需要生成波浪的周期和波幅来反演造波板的运动。     

台阶式变深水槽造波的解析研究台阶式变深水槽造波的解析研究

利用特征函数展开法对台阶式变深水槽中推板式造波机造波问题进行了研究,建立了相应速度势和波面的解析表达式。与高阶边界元方法(HOBEM)数值结果进行了对比,验证了本解析解的正确性。通过数值试验,研究了台阶对入射波的影响,同时分析了造波板所在位置（上部台阶）水深、水槽工作区（下部台阶）水深、造波板运动周期和造波板水平位置等因素对生成波浪高度的影响。由此选择合适的造波板所在位置及水深来得到所需要的波浪高度,进而根据需要生成波浪的周期和波幅 来反演造波板的运动。     

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。     

波群内单个波的波陡分布与波破碎

对波群内单个波的波陡分布和波破碎进行了实验研究。研究结果是,波群中波动的最大振幅出现在波群前部而不是出现在波群中央,这种不对称性导致波群前部单个波出现大波陡的概率大于后部单个波出现大波陡的概率;进一步的波破碎统计发现波群前部单个波破碎的频率是后部单个波破碎频率的4倍。因此认为,波群结构的不对称性能够导致单个波发生破碎的...     

Application of VOF in Calculating Wave Energy Loss due to Spilling Breaker

- A large amount of experimental analysis and systematical theoretical calculation has been done by the authors to solve the problem of wave transformation and breaking, considering the effect of both current and topography, but only the wave energy loss due to spilling breaker in the surf zone has been discussed in this paper. Based on test result analysis and calculation with the Stream Function Wave Theory, the wave velocity field at breaking points has been obtained, and it is used to calculate the wave heights after breaking by the VOF (Volume of Fluid) method, in which the governing equations are continuity equation and Navier-Stokes Equation for imcompressible fluids. In the present paper, the improved VOF technique is used to calculate the wave heights of stable regular waves after breaking. Results fit the test data well, which shows that the VOF method is suitable to numerical simulation of regular waves after breaking. Besides, the breaker coefficient B of regular waves in the bore model is a     

台湾海峡及其邻近海域灾害性海浪的时空分布

据１９６６～１９９３年台湾海峡及其邻近海域灾害性海浪观测资料的统计分析得出,东海灾害性海浪平均每年出现１１．４６次,台湾海峡为７．２９次,台湾以东洋面及巴士海峡为１０．１１次;该区灾害性海浪出现次数有显著的年际和月际变化。这些结果可为台湾海峡区域海洋学的发展提供有意义的素材,也为防灾减灾,做好灾害性海浪短期预报和中、长期预测提供一条有效途径。     

近40年中国近海波浪数据库的建立及极值分析

采用TOMAWAC模型模拟近岸40年的波浪要素。波谱计算采用36个方向,模拟波周期范围为1.5～29 s,并对极值波况进行分析。统计了1979—2018年间有效波高的年极值,算得百年一遇的有效波高,发现百年一遇波高由北往南总体呈现增大趋势:渤海和黄海的百年一遇的波高不超过10 m;东海百年一遇的波高在15～22 m之间;南海北部百年一遇波高的范围比较大,靠近台湾部分最大达到了22 m,海南岛西部较小,在10～15 m之间。引用SET值相关指标对极端波浪的发生次数、持续时间和强度进行分析,发现渤海、黄海北部、台湾海峡以及南海西北部极端事件频繁发生,平均每年有5～7次,台湾岛西南部极端事件的平均历时最大,达到了32 h。     

近岸水域波浪变形数学模型

本文采用波数矢量无旋和波能守恒方程建立了一个近岸水域波浪变形数学模型,模型中采用Ｂａｔｊｅｓ关系与波数矢量无旋,波能量守恒方程一起来求解近岸水域波浪折射绕射的联合影响的波浪要素。利用本文提出的数学模型对一个斜坡浅滩水域波浪折射绕射现象进行了验证,结果表明本文提出的近岸水域波浪变形的数学模型是可靠的,计算所得结果与试验结果是吻合的。     

规则波和不规则波作用下消波建筑物前的波高分析

消波建筑物在国内外已得到广泛应用。本文采用近似方法分析了明基床上直立式消波建筑物前的波高及消波室内的波高，从而确定建筑物的消波效果。并在规则波的基础上将成果推广至不规则波作用下的情况。     

Wave Breaker Indices in Finite Water Depth

Based on the analysis and comparison of wave breaker indices defined by geometric, kinetic as well as dynamic stabilities and verified by observation, the value a, which is equal to H / Lthkd by Miche's result and may be modified by Goda's results, is" suggested as the wave breaking criteria. The applicable values of a for pure waves or wave-current co-existing field are given in this paper. They are smaller than Miche's result (0.142), and they have been verified by model tests.     

南麂站定常波风浪波高与风速的经验关系

本文以南麂海洋站１９８３～１９９０年风、浪的实测资料为依据，建立了南麂海城春、夏、秋、冬季定常波风浪波高与风速的经验关系式。检验结果表明，曲线回归显著，计算值与实测值吻合良好。文中还对偏ＮＮＥ向和偏ＳＳＷ向计算波高随风速增大的快慢，同一方向在同一风速作用下计算波高的季节变化及其机理作了初浅的讨论。     

Reflection of Short Waves

—According to the energy equation,the relation between reflection and energy losses for shortwaves from mild beaches is established and analysed.A reflection coefficient varying with position and en-ergy losses is proposed.Different reflection tests are conducted to check the theoretical analysis.A modi-fied method to estimate the reflection coefficient at varied water depths is suggested based on the linearwave theory.The study indicates that the reflection coefficient from mild beaches has a changing trend forshort waves approaching shoreline.     

中国近海2012年灾害性海浪分析及2013年预测

总结分析了2012年中国近海有效波高≧4 m的灾害性海浪过程及灾情概况,并对2012年度的预测结果进行了检验评估。依据1968—2012年有效波高≧4 m的灾害性海浪的统计资料,结合2013年副热带高压及热带风暴的分析预测资料,预测了2013年中国近海灾害性海浪过程的出现次数,以及分海区的出现天数,预测结果可为今年的海洋防灾减灾提供技术支持。