波浪方向对两矩形驳船间窄缝内流体共振影响的数值研究

应用二阶非线性三维势流时域模型模拟两个并靠矩形驳船间的窄缝内流体共振现象。模型中,速度势分解为入射势和未知的散射势,其中散射势通过求解边界积分方程计算得到。采用四阶预报校正的方法对自由水面边界条件在时间上进行数值积分。本文研究了波浪方向对窄缝内一阶、二阶波高的影响。计算结果表明,入射波浪的角度不会影响窄缝内流体的共振频率,同时窄缝内流体发生共振时,最大的共振波高总是发生在窄缝中点处。然而,共振时对应的最大波高随着入射角度的变化而变化。同时,入射波浪的频率与窄缝内流体共振频率的相对大小导致窄缝内最大波高位置向上游或者下游移动。     

波浪与带窄缝方箱作用共振现象的数值模拟

By introducing a source term into the Laplace equation, a two-dimensional fully nonlinear time-domain numerical wave flume (NWF) is developed to investigate the resonance induced by the interaction bet...     

波浪与带窄缝多箱体作用共振现象的模拟研究

针对波浪与带有窄缝多箱体结构作用产生的流体共振问题,建立了基于域内源造波技术的二维非线性时域数值波浪水槽模型,其中自由水面满足完全非线性运动学和动力学边界条件,窄缝内流体引入人工阻尼来等效由于涡旋运动和流动分离引起的黏性耗散,计算域边界采用高阶边界元进行离散。通过模拟三箱体间两窄缝内相对波高变化,并与已发表的数值与实验结果对比,验证了本模型的准确性。同时通过大量的数值计算,分析了箱体数量对窄缝内水体共振频率、共振波高以及对结构反射波高和透射波高的影响。     

浅水中浮体在波浪作用下运动的三维时域计算模型

港口中系泊船在波浪作用下运动问题的本质是浅水波浪与浮体的相互作用。与深水情况不同,浅水问题应当考虑水底、水域边界的影响及浅水波浪自身的特性,单一模型很难实现该模拟过程。为此,建立了Boussinesq方程计算入射波和Laplace方程计算散射波的全时域组合计算模型。有限元法求解的Boussinesq方程能使入射波充分考虑到水底、水域边界的影响和浅水波浪的特性;散射波被线性化,采用边界元法求解,并以浮体运动时的物面条件为入射波和散射波求解的匹配条件。该方法为完全的时域方法,计算网格不随时间变动,计算过程较为方便。通过与实验及其他数值方法的结果进行比较,验证了本模型对非线性波面、浮体的运动都有比较理想的计算结果,显示了本模型对非线性问题具有较好的计算能力。     

孤立波与带窄缝双箱相互作用模拟研究

针对孤立波与带窄缝双箱的作用问题,应用时域高阶边界元方法建立了二维数值水槽。其中,自由水面满足完全非线性运动学和动力学边界条件,对瞬时自由表面流体质点采用混合欧拉-拉格朗日法追踪,采用四阶龙格库塔法对下一时刻的自由水面的速度势和波面升高进行更新。采用加速度势法求解物体湿表面的瞬时波浪力。采用推板方法生成孤立波。通过模拟孤立波在直墙上的爬高以及施加在直墙上的波浪力,并与已发表的实验和数值结果对比,验证本数值模型的准确性。通过数值模拟计算研究了窄缝宽度、方箱尺寸对波浪在箱体迎浪侧爬高,窄缝内波面升高,箱体背浪侧透射波高及箱体受波浪荷载的影响。同时研究了有一定时间间隔的双孤立波与带窄缝双箱系统作用问题。     

Wave driven free surface motion in the gap between a tanker and an FLNG barge

When two vessels are moored side-by-side with a narrow gap between them, intense free surface motions may be excited in the gap as a result of complex hydrodynamic interactions. These influence the motions of the two vessels, and the forces in any moorings. The present paper uses first and second order wave diffraction analysis to investigate this phenomenon. Key theoretical aspects of the numerical analysis are first summarised, including the vital need to suppress “irregular frequency” effects; and results are given to validate the code used. The case of a tanker alongside a large floating FLNG barge is then considered in detail.     

应用比例边界有限元法求解狭缝对双箱水动力的影响

比例边界有限元法(SBFEM)是一种半解析数值分析的新方法,既融合了有限元法和边界元法的优点,又有其特有的优点。用该方法可求解有限水深下狭缝对双箱水动力作用的影响,为波浪与多浮体超大型结构的相互作用探索一些规律。整个计算域划分成2个无限子域和4个有限子域,并利用加权余量法在各个子域上推导了SBFEM的积分方程;计算了4个数值算例并与边界元等其它数值方法进行了比较,验证了该方法是一种用很少单元便能得到精确结果的高效方法。应用SBFEM对不同箱体宽度、不同狭缝宽度、不同吃水深度条件的双箱作了计算,得出了狭缝对双箱水动力干涉影响的一些规律,对超大型浮体水动力分析和结构设计具有一定的参考价值。     

海上环形观光平台内域水体共振响应研究

海洋空间资源开发中,海上观光旅游平台具有较广的应用前景。浮式观光平台可设计为圆环形结构,环形内部区域可以为游艇停泊和亲水场所提供掩护。此类结构与船舶月池结构类似,有内域半封闭水体,也存在水体共振问题。为分析此类结构水体共振响应,评估内域水体掩护条件,对以圆环形为基础增加弦与所截圆弧围成区域平台模型(观光平台)的内域水体共振模态进行模拟。观光平台共有6个特征模态,分布在0.2～0.6 rad/s之间。模态峰值主要分布在中轴线附近位置。平台圆弧和直边界组合导致共振模态分布包括圆形水体环向模态特征和矩形水体模态特征;不同弦心距对应不同内域水体尺寸。随着内域水体尺寸减小,模态响应频率向高频移动;通过增加环形宽度和设置主迎浪面在突出平台位置,可降低波浪透射,从而减弱内域水体共振响应幅值。工程设计中可调整上述参数降低内域水体共振幅值,达到较好的泊稳条件。     

渤海油田浅水软刚臂系泊FPSO触底分析

在线性三维势流理论的基础上,采用时域计算方法对BZ25—1油田16万吨级FPSO不同吃水条件下的碰底情况作了分析研究。数值计算结果与模型试验进行了比较,两者吻合较好,说明应用时域计算方法可以从理论上预报FPSO在浅水中的触底情况。这对我国渤海等浅水海域油田应用FPSO系统进行开发具有一定的意义。     

云迹风资料同化对东亚海域风场数值模拟的影响

为了揭示云迹风资料同化对于东亚海域内各层模拟风场的影响,采用由日本GMS卫星红外和水汽通道资料反演得到的1999年6月底至7月初的云迹风资料,首先对这些云迹风资料进行质量评估,评估结果表明云迹风u,v分量的均方根误差和偏差都在所容许的误差范围之内.然后针对10个个例进行5种不同的四维同化模拟试验,多种同化试验和无同化控制试验的检验对比表明:在经过初始12 h常规高空地面资料和云迹风资料同化过程以后,模拟结果质量有了比较明显的提升;各种同化试验与控制试验间的最大差异发生在12h,也即同化结束的时刻,此后随着模拟时间的增长,两者间的差异逐渐变小;但24~36h同化试验对控制试验的改进效果又开始提升,36h后效果再次下降.由于海面上缺少常规测站,因此无法实现海面部分的测站同化,而这必将影响到海面部分的模拟质量,而云迹风资料恰可以祢补这个不足.试验表明云迹风资料对u,v风场的改进则主要集中在对流层高层(300~200hPa),对中低层的影响不很明显,这与云迹风资料主要集中在高层是相一致的.另外,敏感性试验表明经过质量控制的云迹风同化模拟的性能相对不采用质量控制的同化模拟有了一定程度的提高.     

有机改性黏土对海水中营养盐及主要水质因子的影响

为了阐明黏土方法治理有害赤潮的生态环境效应，研究了有机改性黏土对海水中营养盐和溶解氧、化学耗氧量、pH等主要水质因子的影响。结果表明，有机改性黏土对营养盐，尤其是磷酸盐有一定的吸附作用，吸附量随水体中磷酸盐浓度的增加而增大，不同有机改性黏土对海水中磷酸盐的吸附能力为：有机改性黏土Ⅰ〉有机改性黏土Ⅱ〉有机改性黏土Ⅲ。通过有机改性黏土对磷酸盐的吸附再释放作用研究，进一步探讨了磷酸盐释放作用对赤潮异弯藻（Heterosigma akashiwo）、东海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）等赤潮生物生长的影响。实验结果表明，经过有机改性的黏土有利于提高其对磷酸盐的吸附能力，降低对磷酸盐的解吸率，缓解海水富营养化程度，虽然少量被吸附的磷酸盐能缓慢释放，但仍不足以维持赤潮生物的正常生长。同时利用有机改性黏土治理赤潮能显著改善溶解氧、pH、化学耗氧量等水质指标，有利于治理赤潮后的环境修复。     

Stokes漂流对全球海表面温度模拟的影响

Stokes漂流对海洋上混合层中的流场和温度场结构具有不可忽视的作用。本文基于WAVEWATCHⅢ海浪模式模拟的海浪要素计算得到Stokes漂流,将其引入SBPOM模式的动量方程中,从体积输运的角度研究Stokes漂流对全球海表面温度的影响。分析发现Stokes漂流与Stokes输运在全球呈现高纬度强于中低纬度的带状分布特征,且这种流动与输运对全球海表面温度具有降温作用,该降温作用的分布与全球Stokes输运强度相对应,高纬降温作用大于中低纬度,特别是南极绕极流海域平均降温明显大于其余海域,最大降温可达1.5℃,且全球月平均降温超过0.1℃。