近海风电单桩基础所受波浪荷载计算方法研究

中国近海风电工业近年来发展迅速,在近海风电单桩基础的受力分析中,单桩基础受到的波浪荷载的计算精度对工程设计十分关键。文中分析了Stokes二阶、三阶、五阶波浪理论及椭圆余弦波浪理论的理论表达式,并基于伦敦阵列风电场的工程实例,通过MATLAB编程对不同波浪理论的计算值与实测值进行了分析。通过对理论计算值与实测值的精度比较,最后得出结论:椭圆余弦波浪理论的计算精度最高,其计算值平均误差最低达到0.9%,最高仅为1.2%,椭圆余弦波浪理论可以满足近海风电工程设计要求的误差限值(5%),这表明椭圆余弦波浪理论可以为实际近海风电工程设计提供参考。     

变地形任意形状墩群上波浪力数值分析

本文用杂交元法对任意形状墩群上波浪力进行计算和分析,本文方法适用于缓变海底上各种不同波长的波(如浅水波,短波等),并采用ICCG方法求解大型复代数方程组,节省CPU和内存,从而实现了小机算大题。用本文方法编制Fortran 77通用程序WFMHEM 2,在IBMPC-xT微机上调试通过,并计算了实际工程题目,本文计算结果与实验室结果吻合良好,比其他数值解精度高。本文方法可供工程规划和设计使用。     

胶州湾的波浪数值计算

本文利用波浪方向的能量分布概念和公式,计算了胶州湾多年一遇的设计波浪要素,并绘制了整个胶州湾主要方向50a一遇波高和周期的分布图.由此可以了解胶州湾波浪的地域特征和方向差异.     

任意截面大尺度垂直柱体的波浪力和水动作用力

许多海洋工程结构物和水工结构物,如海上贮油罐、各种支墩等,具有等截面柱状体外形,或在足够精确的工程近似意义上可视为这类柱体。它们的下端固置于水底,上端穿透水面,它们的波浪载荷是设计中的一个重要考虑因素;在许多场合,它们与周围流体的耦联振动也是相当重要的。对大尺度结构物而言,我们可在势流理论的范围内求解这一问题。通用的三维源汇分布法无疑是适用的,但对这类特殊的结构形式显得极不经济。     

近岸建筑物三维波浪力数值分析中的有限元-无限元方法

本文研究了三维情况波浪力数值分析中的有限元-无限元方法。建议采用一种新的三维无限单元,推导了这种单元的有关公式。设计了适用于具有复杂外形的近岸建筑物波浪力分析的计算机程序。算例结果表明,用本文方法的计算结果与理论解吻合得很好,在相同精度下与其他方法比则计算工作量小.     

波浪浅水变形的数值计算

本文给出缓慢倾斜海底上波浪浅水变形计算的数值模式。该模式取相对水深h/L_o=0.1为连结点,根据已知的初始波要素值,使用线性波理论和椭圆余弦波理论,分别计算因水深变浅引起的波高、波速和波长的变化。     

波浪浅水变形的数值计算

本文给出缓慢倾斜海底上波浪浅水变形计算的数值模式。该模式取相对水深h/L0＝0．1为连结点，根据已知的初始波要素值,使用线性波理论和椭圆余弦波理论，分别计算因水深变浅引起的波高、波速的波长的变化。     

三维完全非线性波浪水槽的数值模拟

用有限元求解拉普拉斯方程,建立了三维完全非线性数值波浪水槽.跟踪流体自由表面的方法为满足完全非线性自由表面条件的半拉格朗日法,对离散单元采用20节点的六面体二次等参数单元.并把数值计算结果与水面初始升高产生箱体内流体运动解析解和二阶斯托克斯波理论解进行了对比,结果表明该模型是稳定的、守恒的,能精确模拟非线性波浪的产生和传播.     

非线性波浪时域计算的三维耦合模型

将计算区域Ω划分为内域Ω₁和外域Ω₂(Ω₂=Ω-Ω₁),外域控制方程采用改进线性频散特性的二维Boussinesq方程,用预报一校正法数值求解;结构物附近的内域控制方程为三维Navier-Stokes方程,由VOF方法数值求解。通过在外域和内域相匹配的交界面上设置合适的速度和波面边界条件,建立了三维非线性波浪时域计算的耦合模型。模拟试验表明:(1)耦合模型数值波浪水池可以产生稳定的、重复性较好的波动过程;(2)用耦合模型数值波浪水池求解较大浅水区域上的非线性波浪数值计算问题可以取得较高的计算效率,同时又能得出结构物附近的复杂流场。     

波浪中浮体流体动力系数的数值计算

本文提出了水鼓在波浪中运动的一个初步数学模型。该模型是基于源汇分布的有限边界元法和使用了Green函数的级数表达式。所得结果与文献的结论十分吻合。     

青岛近海悬沙输运的三维数值模拟

研究近海海域水流、悬沙运动规律,运用基于COHERENS发展的水动力悬沙模型COHERENS-SED,结合当地一般波浪条件,模拟了青岛近海悬浮泥沙输运情况,并验证及分析了水动力环境及悬沙输运的模拟结果。结果表明：在波流合作用下,近岸掀沙明显,大潮期间该海域近岸悬沙浓度值最高可达50mg／L。     

网衣对波浪传播影响的三维数值模拟

为研究网衣对波浪传播的影响,采用多孔介质模型模拟网衣,建立了模拟网衣与波浪相互作用的三维数值波浪水槽模型。基于该数值模型研究了波浪经过网衣作用后波高衰减的变化规律,并与物理模型试验结果进行比较。通过对比数值模拟和物理模型试验的结果,证明了该三维数值模型模拟网衣对波浪传播影响的可行性。     

基于高阶边界元的三维数值波浪港池

初步建立了一个基于高阶边界元的三维数值波浪港池,港池具有造波和消波功能。采用高阶边界元16节点四边形单元和基于二阶显式泰勒展开的混合欧拉-拉格朗日时间步进求解带自由表面的完全非线性势流方程。模型中对于影响数值精度的问题作了细致的处理。数值计算结果表明本港池可以用来模拟非线性波浪的传播,具有很高的数值精度和稳定性。     

台风波浪数值预报的CHGS法——Ⅳ.计算结果与模式的检验

本文用CHGS模式对南海北部海区3个台风过程进行了台风波浪数值计算,并将计算结果与实测资料进行了比较。通过本文的分析比较,可以认为CHGS模式用于台风波浪数值计算效果是好的。     

基于高阶边界元的三维数值波浪港池--波浪破碎的模拟

在势流理论的框架内,采用高阶边界元方法和混合欧拉-拉格朗日法,实现了对三维波浪破碎过程的数值模拟.数值模型使用可调节时间步长的基于二阶显式泰勒展开的混合欧拉-拉格郎日时间步进来求解自由表面的演化过程.在所使用的边界元方法中,采用16节点三次滑移四边形单元来表示,这种单元在单元内具有高阶的精度同时在单元之间具有良好的连续性.给出了孤立波的传播和周期性非线性波浪沿缓坡传播的计算结果,表明数值模型具有良好的稳定性.     

近海重力式建筑物地基设计与计算的若干问题

鉴于波浪激起重力式建筑物的振动为海底地基上的主要荷载之一,同时为能合理地设计,文中介绍了笔者研究过的统一等效谐振荷载以及海底地基的变形、稳定性与液化势等特性.基于这些研究,提出了近海重力式建筑物地基设计与计算的若干考虑.     

龙口湾及其附近海域的波浪数值计算

本文利用龙口海洋站的风资料,采用海浪方向谱方法,对龙口湾及其附近海域进行波浪数值计算,绘制 NE、N、NW、SW 方向五十年一遇的风产生的浪的等波高线和等周期线图,并分析计算了区域内的波浪分布状况及其变化规律。