层化流体中半板造波的内波解

为了形象地说明内波的传播模式,研究给出了内波水槽中由半板造波所形成的内波解。结合Ｖａｅｉｓａｅｌａｅ频率Ｎ（ｚ）＝ｃｏｎｓｔ和简化Ｈｏｌｍｂｏｅ两种密度剖面模式讨论了内波场的传播图案。在内波水槽中成功地形成了上述两种密度剖面,相应的实验印证了本文分析的正确性。     

内孤立波与平顶海山作用的能量耗散实验研究

内波破碎引起的能量耗散和混合是海洋内部的重要物理过程.通过在二维内波水槽进行实验室实验,分析内波与地形的作用,探究内孤立波与平顶海山地形作用时波要素、能量以及湍耗散率的时空变化.本实验利用重力塌陷法在两层流体中制造第一模态内孤立波,通过粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV)获得...     

分层流水槽箱内垂荡板式内波造波模拟研究

提出了一种新型内波造波方法——箱内垂荡板式造波.应用FLUENT软件的有限体积法,采用k-ε两方程湍流模型封闭RANS方程作为求解控制方程,建立二维数值内波水槽.通过模仿物理造波机运动的数值模拟结果比较表明:箱内垂荡板式造波机生成的内波与理论解十分吻合,与双板联动式造波和平板拍击式造波相比,控制简单,对自由水面的扰动小...     

新型三维内波及分层流水槽系统

本文提供了作者研制的三维内波及分层流水槽系统的背景技术资料。经源致三维内波的实验证实 ,利用该水槽系统中的双缸制取分层水系统可快速制取所需的分层水 ,不必利用分子扩散而 1次得到预先设置的密度剖面。同时 ,还介绍了利用该水槽系统进行的 1个典型的源致内波的内波增阻实验。从所获得的增阻实验结果得知 ,对于一给定的分层、拖曳速度和水下回转体 ,存在唯一 1个内Froude数使得强迫源受到最大的内波增阻。大量的实验证实 :该水槽系统是研究三维自由和强迫内波的 1个基本实验系统。     

内孤立波破碎所致混合的实验研究

为定量分析内孤立波破碎的混合过程,本文在二维内波水槽中进行了两层流体第一模态内孤立波在斜坡上破碎的实验,运用粒子图像测速技术(PIV)测量内孤立波传播、破碎、反射过程的流场,计算涡度、湍动能和湍耗散率。结果表明不同振幅内波在不同角度斜坡上破碎时各个量的分布特征十分相似,各组实验各要素时间序列中均有两个峰值,分别发生于非线性增强和破碎时刻。得到破碎时湍耗散率与内孤立波振幅的关系为:较小振幅内波的湍耗散率与振幅呈2次关系,无因次振幅增大到0.9湍耗散率趋于不变;与斜坡角度的关系为:对于小振幅内波斜坡角度增大,破碎程度降低,耗散率减小;振幅较大时,存在一个角度使破碎程度最大。破碎引起的湍耗散率的量级在10–7到10–4m2/s3之间,比实测海洋中内孤立波传播界面和内潮遇地形破碎的湍耗散大1个量级。     

光滑表面内孤立波光学遥感图像的实验研究

基于光学遥感图像的内孤立波参数反演是一项重要的工作。本文在实验室条件下提出一种新方法用于模拟光滑表面情况下内孤立波的光学遥感成像。基于二维内波水槽、LED平板面光源和CCD相机搭建仿真光学遥感系统探测内孤立波。水平表面的光学遥感图像和垂向内孤立波传播图像被同时探测,旨在探讨在光滑表面下,光学遥感与内孤立波的响应。结果表明,内孤立波传播经过时,CCD1相机获得暗纹,暗纹的特性随光源入射角的变化而变化。光学遥感特征参数和垂向波要素相对应。实验还显示光学遥感图像的暗纹宽度与内孤立波的半波宽度在不同内孤立波振幅下呈现正相关关系。该系统有着现象清晰,重复性高的优点,为定量研究光学遥感成像机理提供科学依据。     

浅海内波及声场起伏数值研究

为探讨声学方法监测(反演)海洋内波的可行性,分析ASIAEX2001亚洲海海洋声学实验定点温度链实验数据,结果表明：实验期间存在M2内潮波、周期10～30min非线性内波现象,并观测到双温跃层同相传播“双非线性内波”。分别对垂直和平行于内波传播方向传播声场进行了数值计算分析。垂直于内波传播方向的声传播计算结果表明：简正波波数时间演化函数的频谱与内波引起的声速剖面变化频谱基本一致;简正波系数(模值)时间演化函数的频谱与内波引起的声源位置处的声速演化函数的频谱基本一致;高阶简正波波数差随时间的变化要比低阶简正波波数差小约1个量级。平行于内波传播方向的声传播计算结果表明：内潮波主要导致相邻简正波间耦合;非线性内波包能够导致跨号甚至垮多号简正波间耦合。讨论了2种海洋内波声学监测方法。     

分层海洋中运动物体生成的内波

该文提供分层海洋中运动物体生成内波的理论、数值和实验研究的背景资料的综述 ,并给出理论研究的 Green函数、正交模态模式和极点回避等方法的评述。数值研究给出数值求解Wronsky行列式的源求解方法及介绍直接差分计算含源内波方程和积分方程的方法。有关源致内波的实验研究 ,作者介绍物体在分层流水槽运动时生成内波的两个典型实验及其主要实验结果。最后评述船舶在海洋表面处生成表面波的研究方法 ,以此指导水下 Rankine卵形体生成内波的实验研究。     

小型室内水槽造波造风系统设计

小型室内风浪水槽是海气界面多种微尺度过程实验研究的基础设施.造风造波系统是风浪水槽的核心部分.针对多种微尺度过程模拟的需要,设计了造风造波系统的硬件结构与控制软件.利用该系统,开展了多种造波、造风实验.通过对实验数据的分析,证明该设计满足各项预定指标,可以有效模拟多种海气界面风浪环境.     

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.     

浮筒的波浪力计算

本文研究了浮筒在漂浮状态时波浪力的计算方法，导出了考虑有限波幅影响的波浪力计算公式。为了验证本公式的可靠性，对５００吨浮筒模型在上海交通大学船池中进行了模型试验     

Mean drift forces on an articulated column oscillating in a wave tank

An analytical solution is presented for calculating the regular wave induced respones of an articulated column in a wave tank. Extension of the procedure leads to calculation of second order mean drift forces and moments. Hydrodynamic interaction between a cylindrical column and the parallel walls of the tank is shown theoretically to be highly significant and experimental data are presented to corroborate this finding.     

三维弹性侧壁液舱内液体晃动波面的实验研究

通过物理模型实验,对弹性侧壁液舱和刚性液舱内液体晃荡问题进行了研究。由于流固耦合的影响,弹性侧壁液舱内液体晃荡的最低阶固有频率稍小于同尺寸的刚性液舱内液体晃荡的最低阶固有频率。液舱模型处于纵向简谐激励作用下,其中激励频率在最低阶固有频率附近。实验分析两种相对液深比h/L=0.167和h/L=0.333,在二阶模态的次共振和一阶模态的共振状况下,对弹性侧壁液舱与刚性液舱内不同测点的波面、振幅谱和晃动波高进行对比分析。结果表明:在浅液深(h/L=0.167)一阶共振下,流固耦合对波面形态的影响比较明显,弹性侧壁液舱内测点晃动波高明显大于刚性液舱内对应测点波高;而在一般液深(h/L=0.333)一阶共振下,水弹性效应减弱,弹性侧壁液舱与刚性液舱内对应测点处波高差异较小。     

驱动非线性浅水波的行波特征研究

采用带有外界强迫效应的浅水动力学模式研究非线性波动、获得了依赖于外界输入形式的驱动水波的行波解。研究结果表明,驱动水波仍具有非线性波动的一般性质,而当外界强迫波速与水波固有速度一致时,水波出现共振效应,并且外界强迫孤立子将导致驱动水波孤立子产生。     

Generation and Properties of Freak Waves in A Numerical Wave Tank

Freak waves are generated based on the mechanism of wave focusing in a 2D numerical wave tank. To set up the nonlinear numerical wave tank, the Boundary Element Method is used to solve potential flow equations incorporated with fully nonlinear free surface boundary conditions. The nonlinear properties of freak waves, such as high frequency components and wave profile asymmetry, are discussed. The kinematic data, which can be useful for the evaluation of the wave forces exerted on structures to avoid underestimation of linear predictions, are obtained, and discussed, from the simulated results of freak waves.     

数值水槽内的阻尼消波和波浪变形计算

采用时域内对波面运动位置追踪的边界元方法,建立了一种非线性波浪变形计算的三维数值模式,并借助Spongelayer阻尼消波和Sommerfeld放射条件相匹配的处理方式,开发了一条三维非线性波的数值造波水槽,进而对水槽内的Stokes波进行了波浪变形计算。     

波浪水槽中随机波的模拟

根据线性系统理论,首先由给定的靶谱模拟海浪信号,再把此信号转换为造波控制输入信号,最后在水槽中指定的截面处产生具有给定靶谱的随机波。这种模拟方法已在青岛海洋大学物理海洋实验室的大型水槽中实现,并取得良好的效果。     

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。     

渤海和黄海北部波高与周期联合分析

分析波高与周期的联合分布特征对于海洋平台设计、海洋工程建筑等有着重要的意义。基于SWAN模型模拟的波浪后报数据对渤海和黄海北部1999~2018年的波浪特征进行了统计分析。分别对20年的波高和周期数据进行了统计分析,得到了研究区域20年有效波高和波周期的季平均值和最大值的区域分布特征。然后以散布图的形式刻画了整个区域20年波高和周期的联合分布特征。为了更深入地研究波高和周期的联合分布规律,选择了两个研究点A1和A2,A1在渤海内部相对近岸,A2在黄海北部深海区。统计结果表明,在A1和A2,波高与周期的联合分布特征较为相似,均呈现斜三角形的分布特征,然而大波高大周期的波浪却呈现不同的分布特征。最后,利用20年的波浪后报数据,在A1和A2点构建了有效波高和谱峰周期的联合概率模型,并采用IFORM法得到了50年、100年和200年重现周期的环境等值线,为研究海域海上结构物的可靠性设计提供了参考。