波浪要素对水平圆柱杆件水动力系数影响研究

通过试验研究了波浪要素对水平固定圆柱杆件水动力系数的影响。试验利用垂直杠杆原理,提取了杆件在波浪下的水平受力历时曲线,基于改造的莫里森方程,计算了不同波浪要素下的水动力系数C_D和C_M取值。定义分析了新的波高参数KH,周期参数KT和雷诺数Re对水动力系数的影响。研究表明,整体拟合法与四点拟合法获得的水动力系数在数值上差异不大。KH、KT及Re均对水动力系数的取值有较显著影响:1)随着波高KH的增大,C_D、C_M整体呈幂指数衰减,且C_M的衰减更为迅速;2)随着波周期KT的增大,C_D、C_M整体亦呈衰减趋势;3)相同波高条件下,C_M随Re数增大而增大,而C_D值相对稳定。最后给出了波浪条件下水动力系数C_D和C_M的经验计算公式。     

不规则波作用于群桩的水动力系数

海洋平台等海工建筑物多由群桩支承,平台上的小直径立管和钻杆等也常成群布置,它们主要受海浪(不规则波)的作用.目前有两类计算群桩上波浪力的方法:一是把作用于单桩上的波力乘以相应的群桩系数K_g,K_g能直观地显示群桩效应的大小及其变化规律,此法为苏联和我国ii规范所采用.过去的研究成果多限于振荡流和规则波情况.     

应用于海洋物性监测仪的小型浮标水动力分析

为验证研制的国产气象水文传感器的性能,设计了直径3 m的圆盘式小型浮标,拟搭载所有传感器在2000 m以深海域开展应用试验。统计了试验海域的有义波高、波浪周期、最大风速和表层流速等环境参数,计算了浮标的质量、重心、吃水、受力投影面积和惯性矩等设计参数。以三维势流理论和波浪辐射-绕射理论为基础,使用AQWA软件在频域内对浮标进行水动力计算,仿真了浮标工作时所受的一阶波浪力、附加质量、附加阻尼和运动幅值响应因子,通过仿真结果对浮标设计方案进行优化,优化后的浮标计算结果随波浪频率变化平缓,幅值合理且无激增点,表明该浮标与工作海域内的波浪没有发生明显谐振,对环境载荷有足够的承受能力,方案可用于浮标研制。     

海洋结构物小尺度桩柱的水动力系数研究与进展

本文主要归纳了基于Morison方程求解小尺度桩柱的水动力系数方面的研究成果。分别从单桩柱和群桩两个方面对水动力系数的研究成果,包括纯波、波流混合、横向力、直立桩柱、倾斜桩柱、复杂结构桩柱、粗糙度等进行了阐述,给出了在波流条件下水动力系数的变化规律;归纳了当前水动力系数的求解方法;介绍了在水动力系数的物模实验、数值仿真以及实验数据处理方法上的研究进展,并提出了相关研究的建议。     

波浪作用下三角型人工鱼礁水动力特性数值模拟与实验验证

人工鱼礁在波浪作用下水动力特性的研究对于人工鱼礁的工程安全与设计具有非常重要的意义。基于有限体积法,采用推板造波形式,通过利用VOF方法求解波面的方式建立了模拟人工鱼礁与波浪相互作用的三维数值波浪水槽。基于该数值模型研究了波浪作用下三角型镂空人工鱼礁的受力情况,并与物理模型实验结果进行比较,结果显示模拟得到的人工鱼礁受力和波浪形态均与实验结果吻合良好。根据数值模拟结果,拟合出波浪作用下人工鱼礁的水动力系数。单体三角型镂空人工鱼礁的速度力系数Cd随着Kc数、Re数的增加呈现减小的趋势;惯性力系数Cm则随着Kc数、Re数的增加呈现波动趋势。数值模拟结果显示在一个波浪周期内,人工鱼礁周围产生了较强的上升流和回流,其内部产生了明显的涡旋结构。研究结果为人工鱼礁的设计优化提供了理论依据。     

潮流能水轮机水动力分析方法

潮流水轮机是潮流能转换装置的核心装备,潮流水轮机水动力性能和载荷则是潮流能转换装置总体设计和结构设计的基本依据。到目前为止,流动分离、流固耦合、空化以及复杂环境条件等强非线性因素对潮流水轮机水动力的影响仍然是一个值得研究的问题。本文基于哈尔滨工程大学在潮流能利用技术领域多年的研究成果,对潮流水轮机在均匀流水动力分析和流固耦合分析的不同数值方法及相关计算结果进行了回顾和对比分析,并提出了一种水轮机波浪载荷的计算模型。     

半潜式超大型浮式结构水动力系数研究

以半潜式超大型浮式结构在动力响应分析中的各水动力系数为研究对象,经理论推导得到D’Alembert动力学方程中的移动式海上基地(MOB)单模块运动的结构质量、结构附加质量、静恢复力系数的简易计算公式。以MOB的"三模块模型"为例,研究其在6级海况浪向角为0°~90°条件下,各模块的附加质量系数及静恢复力系数的历时规律,以实例MOB中的第1个模块为代表展示了计算结果,并统计其最大值与文献资料中的结果进行对比。结果表明:运用本理论公式计算的结果与文献中所得结果相似,可验证本理论公式的正确性、可行性与合理性,为求解半潜式超大型浮式结构模块动力响应位移及转角提供简便的方法。     

双矩形浮子波能装置辐射问题的解析方法

在有限水深下1个漂浮在水中的矩形浮子和1个淹没在水下的浮子构成双矩形波能装置模型。基于特征函数展开法求解了线性入射波作用下双矩形浮子波能装置的辐射问题,得出了双矩形浮子辐射速度势的1种新解析式,然后根据Haskind关系由入射势和辐射势来计算波浪激励力,并且采用数值方法对相同算例进行了计算,得到了完全一致的结果,从而证明这种方法是正确的。研究了在不同工况下的波浪激励力和系统的水动力学系数变化的规律。     

系泊方柱在畸形波与波群伴生波浪作用下运动响应试验研究

畸形波与波群伴生波浪作用于系泊浮体,和常规随机波浪作用比较,运动响应时频域特征均将发生显著变化。基于物理模型试验,采用小波方法计算伴生波浪和常规随机波浪作用下系泊浮体运动响应的时频域特征变化及波群因子与浮体运动响应时频域特征的定量关系。结果表明:伴生波浪作用下浮体运动响应显著大于常规随机波浪的作用结果,且波群因子G A对浮体运动响应时频域特征有显著影响;伴生波浪作用下浮体纵荡运动的广义能量谱E(t)统计特征值E max(t)、E 1/10(t)、E 1/3(t)、E average(t)均明显大于相同波谱下常规随机波浪的结果,且随着波群因子G A增大显著增大;伴生波浪作用下各运动响应能量集中度δE显著大于常规随机波浪作用结果,且能量集中时域分布范围参数ΔT E以纵荡运动分量最为显著。     

一种新型的Spar平台及其动力特性

介绍了一种新型的Spar平台。由于Spar平台属柔性连接结构,允许其在一定范围内运动,故二阶漂移力为系统稳定性的控制荷载,而线形波浪力则可导致系泊系统产生疲劳破坏。为此,文中结合分析此新型平台所受水动力特性,比较其相对于现有Spar平台的优势。由于浮筒位于水下一定深度处,新型平台所受线性波浪力和二阶波浪力均大幅度减小,尤其是后者可减至现有Spar平台受力的2%左右,所以大大地改善了平台的稳定性和系泊系统的抗疲劳破坏能力。由于在上部平台和浮筒之间增加了导管架,使得各模块间的连接点大大减小,从而又方便了海上施工作业。     

强迫摇荡运动三维球体水动力系数的CFD计算

采用计算流体力学(CFD)的雷诺平均法(RANS方法),并考虑了自由表面的影响(采用VOF方法模拟自由表面),来模拟三维球体的单自由度强迫摇荡运动,得到纵荡、升沉及横摇的附加质量与阻尼系数。该数值模拟结果与三维势流理论计算的结果进行比较,趋势基本一致,但CFD方法更能凸显粘性的作用。本文所应用方法能合理给出浮式结构物的水动力系数,更精确描述海洋浮式结构物周围的流场,可应用于船舶与海洋工程浮式结构物的水动力性能研究。     

浮体间距对多浮体系统水动力系数的影响

根据三维线性势流理论，采用格林函数法，对多浮体系统的水动力系数进行了数值分析。数值算例中给出了在固定波频下水动力系数与浮体间相对位置关系曲线。水动力系数的变化幅度随着浮体间距离增大而变小。随着浮体间距的变化，水动力系数极值的出现具有明显的规律，相邻的极大值(或极小值)的间距为半个波长或一个波长。     

水动力作用下管道稳定性的试验研究

利用振荡流水槽在以下两种约束条件下，研究波浪作用下直接铺设于砂质海底的管道失稳临界条件：1）管道两端自由；2）管道可水平、垂直自由运动，但流动受到限制。试验结果表明，管重无量纳数G与管道失稳的临界Fr数之间大致呈线性关系，而当G超过一定数值时，管道是侧向稳定的。管道的约束条件、砂床特性和加载速度对管道稳定性均有影响。     

摆式波能转换装置水动力特性频域分析

基于势流理论,建立波浪与摆式波能转换装置作用的三维频域分析模型。应用数值模型对两种质量的摆式波能转换装置进行水动力分析,在考虑粘性阻尼作用的条件下,计算传动系统的最优扭阻系数。在最佳工况下,开展了波浪频率对摆板运动响应和俘获能量影响的系统研究,给出了波浪最佳频率范围、摆板振幅、能量俘获效率以及摆板表面的波动压强。     

基于海洋监测设备水动力试验的波浪测量系统研制

针对传统分布式波浪测量系统缺乏总体监控管理、采集同步性不高的问题,研制一种新型分布式波浪测量系统。系统由多个前端数据采集器和数据监控管理服务器组成。系统完成上电加载后,数据监控管理服务器首先对前端数据采集器的时间同步。数据采集器对采集进行精确定时、触发和同步控制,从而同步采集多通道数据。数据监控管理服务器实现对波高、周期数据的实时监控、统计分析、存储、查询和下载。多组不同工况比对试验表明,新型波浪测量系统不仅对试验数据具有较好的监控管理能力,且测量准确,具有较好的应用前景。     

海洋仪器装备测试平台水动力分析及波浪载荷预报

文中介绍了SESAM软件的理论基础和分析流程,并基于三维势流理论应用SESAM软件分析海洋仪器装备测试平台的水动力性能。同时,基于设计波方法进行了波浪载荷预报,为目标海洋仪器装备测试平台的结构设计提供了重要的参考。     

Spar平台垂荡板水动力系数计算与分析

Spar平台带有厚度很薄的垂荡板,使用边界元方法计算时存在着准奇异积分的数值计算问题。采用自适应高斯积分法对其准奇异积分问题进行处理,较少单元即可达到很高精度。在势流理论下对Spar平台垂荡板的水动力系数进行了计算,并与实验结果进行了对比,发现真实流体中垂荡板的附加质量约为势流理论下附加质量计算结果的1.1倍,而辐射阻尼在总阻尼中所占的百分比很小,此时粘性阻尼成为垂荡板的主要阻尼来源,在工程设计中不可忽略。     

准三维位相分解的水动力及泥沙输运模型

本文将一个基于扩展到破波带的Boussi nesq方程的二维位相分解波浪变形模块与一个波浪挟沙输运模块相结合来计算二维输沙率 ,建立了两个水动力模块来计算流及湍粘性的垂向变化 ,以及波浪悬沙浓度和悬沙输沙率。在几种情况下对该模型进行了验证 ,并做了精度分析。Elfrink等 (1 996)给出了三维模型的描述 ,即一个无界海滩位相平均的波浪模块和一个波浪挟沙输运模块的合成。需要一个波浪理论来计算波要素。Rakha等 (1 997)所描述的模型则代表一个可位相分解的海岸剖面模型 ,即由一个一维 (1D)Boussinesq模块和一个垂向一维(1DV)波浪水动力及…     

考虑植物影响的波浪和波生流迭加条件下水动力特性数值模拟研究

海岸湿地是近海地区重要的生态系统,由于潮流、波浪尤其是非连续水流与植被的相互作用,导致该海域的水动力环境复杂多变。本文发展了一个深度平均二维波流耦合数学模型,模拟湿地海域波浪和波生沿岸流的运动特性。水动力模型中植物拖曳力作为源项放入动量方程中,在波浪作用量平衡方程增加波能耗散项用于解释水生植物对波浪产生的阻力作用。在动态耦合模型中,波浪模型为潮流模型提供波浪辐射应力、波高、波浪周期等数据信息,潮流模型为波浪模型提供计算的水位和流速,可以达到双向动态耦合。本文发展的波流耦合模型通过三个实验室试验数据加以验证,计算结果和实验数据吻合较好,在波浪、波生流和植物迭加条件下,所建模型能够有效地模拟波浪、沿岸流等不同现象。