多向随机波浪反射的试验研究

试验研究了多向随机波浪在直立式防波堤和斜坡式防波堤前的反射情况。在试验中，改变波浪要素(波陡、周期)、波浪入射角度(正向、斜向)和方向分布以及防波堤的坡度，以充分研究这些因素对波浪反射的影响。遗传算法用来分析多向随机波从建筑物的反射。试验结果表明，直立堤的反射系数基本上不随入射波浪方向变化，斜坡堤的反射系数随波浪峰频的增大和堤坡的变缓而减小，且随波浪方向有一定变化。还探讨了多向随机波浪在斜坡式防波堤上的反射面位置问题。     

锁相波浪场入、反射波方向谱及反射系数估算

通过数模波浪和物模实验，比较分析了估算多向不规则入射波与反射波相互叠加的锁相波浪场方向分布和反射系数方向分布的改进的贝叶斯估计法MBDM和扩展的最大似然法MMLM的性能。数模试验检验了不同波浪条件、不同波浪测量系统和结构物的不同反射特性等情况下的估算结果，同时还比较了两种分析方法的计算速度和稳定性，结果显示，对于波浪的方向分布估计，MBDM优于MMLM，对于反射系数的方向分布估计以及计算速度和稳定性，MMLM优于MBDM。     

斜向不规则波入、反射波分离的实验研究

斜向入射的不规则波在海岸结构物前发生反射形成入、反射波共存的波浪场,对这种物理场的入、反射波的分离是海岸工程研究的一个重要课题.改进了一种可用于斜向入射的不规则波分离的两点法,使得测波阵列的两波高仪可布置在结构物前任何方向上.将此方法应用于三维波浪水池的物理模型试验研究,试验了不同的两波高仪的组合、不同的基床高度、不同的入射方向和不同的波浪要素等各种条件对分离结果的影响,结果表明,各种情况在满足非奇异条件下可得到较好的分离结果.该方法计算简便,可以给出较准确的反射系数和入、反射波的频谱.     

斜向波浪入射角和反射系数确定方法

在海岸工程和水池实验中常常需要同时确定斜向波浪的传播方向和与海岸结构物相遇时的反射系数。应用三点浪高仪测波和迭代求解方法,建立了同时确定斜向波浪入射角和反射系数的分析方法。通过模拟数值信号,研究了测点不同排列方式、不同波浪入射方向、不同入射频率下本方法的分析灵敏程度。数值研究表明当测点间距指标p和q不同时趋于零时,任何一种排列方式求得的波浪反射系数和波浪入射角均具有很高的分析精度。     

港域波浪数学模型的改进与验证

通过物理模型对改进的港内波浪传播变形数学模型进行验证。该数学模型以推广的时变缓坡方程为控制方程,采用含松弛因子的ADI法求解,并对波浪反射和透射边界模拟方法进行改进。先通过物理模型试验确定斜向浪入射条件下抛石防波堤前的波浪反射系数,作为数学模型中部分反射边界模拟的依据。然后进行了一个典型港口内波浪折射、绕射和反射的模型试验,测量港内波浪分布。对比模型试验和数学模型计算的结果表明,数学模型可较好地模拟港内复杂地形和边界条件下规则波和不规则波的传播变形。     

直立堤前斜向入、反射波谱的分离

本文在假定堤前波浪不发生破碎和空间上均匀稳定条件下,讨论了直立堤前入、反射波谱的分离.给出了波浪正向和斜向入射都适用的分离公式,由堤前海浪记录计算入、反射波谱及反射系数,并讨论了该方法的有效分离范围,文中还计算分析了几组实测资料,计算结果与实测结果吻合良好,验证了本文方法的正确性。     

圆形数值波浪水池斜向和多向入射波浪模拟研究

为了研究斜向入射波浪,基于三维不可压缩两相流模型,开发了一套圆形数值波浪水池数值模型。在圆形波浪水池中,通过源项造波法成功生成了任意入射方向的波浪,并且利用人工摩擦项模拟阻尼区以数值耗散反射波浪。模型基于嵌入式多块网格体系,采用FVM法(finite volume method)离散Navier-Stokes方程,VOF法(volume of fluid)追踪自由水面。试验结果表明,斜向入射波浪的模拟结果与理论值基本一致,圆形波浪水池在模拟斜向入射波浪时,有效区域的面积较传统波浪水池显著增大,而且有效区域受波浪入射角度的影响也较小。同时,通过叠加多列斜向入射波浪,模拟出了多向交叉波列,并通过与理论结果对比,发现其具有较高的精度。     

多向不规则波绕射的数值模拟

采用有限元求解Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程数值计算模型,对单突堤和双突堤的波浪绕射进行了数值模拟,并与物模试验进行对比验证。模拟结果表明入射波浪的方向分布对波浪的绕射具有明显的影响,使防波堤后的波浪增大,开阔区域的浪浪减小,波浪的方向分布对港内波浪的分布具有一定的均化作用。     

斜向和多向不规则波在斜坡堤上的平均越浪量的试验研究

通过三维物理模型试验研究了在斜坡堤上斜向和多向不规则波在非破碎条件下的平均越浪量与波浪参数及堤参数的关系.着重考察了波浪以小角度(0°~30°)斜向入射时平均越浪量的变化情况,肯定了多向波的越浪量在这一范围内有所谓“小角度斜向增加”的现象,但否定了单向波也具有这一现象.在考察波浪的方向分布影响时发现波浪斜向入射时多向波的越浪量往往要比单向波的大.比较了已有的相关研究成果,给出了适用于混凝土护面和扭工字块体护面斜坡堤上斜向和多向不规则波的平均越浪量的估算公式.     

多消浪室开孔沉箱消浪特性的数值模拟研究

本文基于雷诺平均的Navier-Stokes方程和k-ε模型求解湍流流动,采用流体体积法(Volume of Fluid,VOF)追踪自由表面运动,建立无反射波浪数值水槽,对多消浪室开孔沉箱的消浪特性进行数值模拟研究.将单消浪室和多消浪室开孔沉箱反射系数和结构前波面分布的数值分析结果与物理模型试验结果进行对比验证,两者...     

Analysis of Directional Spectra and Reflection Coefficients in Incident and Reflected Wave Field

In this paper, the modified Bayesian method for the analysis of directional wave spectra and reflection coefficients is verified by numerical and physical simulation of waves. The results show that the method can basically separate the incident and reflected directional spectra. In addition, the effect of the type of wave gage arrays, the number of measured wave properties, and the distance between the wave gage array and the reflection line on the resolution of the method are investigated. Some suggestions are proposed for practical application.     

Wave Reflection Coefficient Spectrum

1 .IntroductionWavereflectionfromstructuresisanimportantfactorforthedesignofthestructures .Therehavebeenmanyresearchesonwavereflectionwithregularwavesandmonochromaticirregularwaves .Miche( 1 951 )proposedanon dimensionalMichenumberMfornormallyincidentirregularwavesconsideringwavebreakingbecauseofthedeepeningofwavesteepnessontheslopeofbreakwaters .ThereflectioncoefficientisproportionaltoM ,i.e .,Kr ∝M =4g( 2π) 5/ 2tan5/ 2 α(Hsf2p) ( 1 )wheregisthegravitationalacceleration ,Hsthesignifican…     

Estimating Directional Distribution for Co-Existent Field of Incident and Reflected Waves

In the nearshore,the wave field contains reflected and incident waves in which there iscorrelation between their phases due to the effect of reflection by some obstacles.Based on the extendedeigenvector method(EEV)derived by Guan et al.,a modified method(MEEV)is proposed as a generaland practical approach to estimating directional spectra for the co-existent field of incident and reflectedwaves and a formula is given for direct calculation of the reflection coefficient.The results of numericalsimulations show that MEEV is superior to EEV in resolution power,and the computed reflectioncoefficient agrees well with the real value within a certain range of incident angle.     

波浪反射系数谱的特征分析

应用斜向不规则波反射系数的改进两点法(MTPM),用模型试验研究了混凝土护面堤和块石护面堤波浪反射系数的频率谱和方向谱,结果表明,分析的反射系数随入射波频率的增加、结构坡度的减小和入射角的加大而减小.给出了波浪反射系数频率谱及其随Iribarren数变化的规律,提出了反射系数三维谱的经验公式,由此可定量地描述斜向不规则波的反射系数随无量纲特征参数Iribarren数和入射波角度的变化规律.     

Difference-frequency wave loads on a large body in multi-directional waves

The second-order difference-frequency wave forces on a large three-dimensional body in multi-directional waves are computed by the boundary integral equation method and the so-called FML formulation (assisting radiation potential method). Semi-analytic solutions for a bottom-mounted vertical circular cylinder are also developed to validate the numerical method. Difference-frequency wave loads on a bottom-mounted vertical cylinder and stationary four legs of the ISSC tension-leg platform (TLP) are presented for various combinations of incident wave frequencies and headings. These force quadratic transfer functions (QTF) can directly be used in studying slowly varying wave loads in irregular short-crested seas described by a particular directional spectrum. From our numerical results, it is seen that the slowly varying wave loads are in general very sensitive to the directional spreading function of the sea, and therefore wave directionality needs to be taken into account in relevant ocean engineering applications. It is also pointed out that the uni-directionality of the sea is not necessarily a conservative assumption when the second-order effects are concerned.     

基于OpenFOAM三维多向畸形波数值模拟研究

基于二次开发开源计算流体力学(CFD)软件包Open FOAM中的非稳态不可压缩两相流求解器inter Foam建立数值模型,增加了基于方向谱的三维造波边界和吸收边界,成功模拟了三维多向畸形波过程。通过与模型试验波面和目标谱对比,验证了数值模型模拟三维多向畸形波的有效性。另外,分析了网格尺度和柯朗数对模拟结果的影响,并使用连长统计和SIWEH两种方法分析了包含畸形波波列的群性。研究结果表明:在本研究范围内,网格尺度设置0.02 m×0.01 m×0.02 m,最大柯朗数选择0.25,模拟出的三维畸形波效果最好;从能量角度描述畸形波的群性更为合理。     

A three-point method for estimating wave reflection of obliquely incident waves over a sloping bottom

A three-point method for estimating wave reflection is proposed to account for monochromatic oblique incident waves propagating over a sloping beach. The amplitudes of reflected wave and incident wave are separated using wave amplitudes measured at three fixed wave gauges with a distance. The applicability of the theory is verified by comparing the simulated results with the available theoretical, numerical and experimental results for the estimation of wave reflection. The sensitivity is also tested to provide a more accurate prediction of the reflection coefficient.