台阶式变深水槽造波的解析研究台阶式变深水槽造波的解析研究

利用特征函数展开法对台阶式变深水槽中推板式造波机造波问题进行了研究,建立了相应速度势和波面的解析表达式。与高阶边界元方法(HOBEM)数值结果进行了对比,验证了本解析解的正确性。通过数值试验,研究了台阶对入射波的影响,同时分析了造波板所在位置（上部台阶）水深、水槽工作区（下部台阶）水深、造波板运动周期和造波板水平位置等因素对生成波浪高度的影响。由此选择合适的造波板所在位置及水深来得到所需要的波浪高度,进而根据需要生成波浪的周期和波幅 来反演造波板的运动。     

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.     

小型内波实验水槽及其供水、造波与量测系统

本文介绍了作者们设计并制造的小型内波实验水槽系统,它包括水槽、双缸法供水系统、造波与消波装置以及量测与显示手段。实验表明,此系统性能良好,可进行内波科研与教学实验。     

不规则波浪数值水槽的造波和阻尼消波

利用MAC(marker and cell)法直接数值求解连续方程和N-S方程.为模拟不规则波长时段连续造波及消除波浪遇结构物后形成的二次反射,采用了源造波法.对开敞边界,采用了海绵阻尼消波和Sommerfeld条件相结合的处理方式.     

基于物理造波和主动消波的黏性数值波浪水槽开发

基于推板造波理论和摇板造波理论,在Open FOAM平台上采用重叠网格技术建立黏性数值波浪水槽,并使用一种结合SIMPLE算法和PISO算法的PIMPLE算法对数值模型进行求解。利用开发的数值模型通过数值收敛性测试和网格独立性测试分别重点研究了时间步长、库朗数和网格尺寸对数值精度和计算效率的影响。并对比研究了此数值模型分别嵌入层流模型和湍流模型的计算精度和计算效率。实现的规则波和二阶有限振幅波与理论结果和试验结果吻合,验证了此黏性数值波浪水槽的造波和主动消波功能。基于二维数值波浪水槽,进一步研究了三维数值造波,数值计算结果与理论结果吻合良好。研究结果不仅验证了重叠网格在二维和三维两相流体域中求解运动物体与流场交互的可靠性和正确性,而且为使用此黏性数值波浪水槽解决更复杂的海洋工程问题提供了依据。     

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。     

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...     

数值波浪水槽中完全非线性浅水波仿真特性研究

应用基于势流理论的时域高阶边界元方法,建立一个完全非线性的三维数值波浪水槽,通过实时模拟推板造波运动的方式产生波浪。通过混合欧拉-拉格朗日方法和四阶Runge-Kutta方法更新自由水面和造波板的瞬时位置。利用所建模型分别模拟了有限水深波和浅水波,与试验结果、相关文献结果和浅水理论结果吻合较好,且波浪能够稳定传播。系统地讨论造波板的运动圆频率、振幅和水深等对波浪传播和波浪特性的影响,并对波浪的非线性特性进行分析,研究发现造波板运动频率、运动振幅以及水深均将对波浪形态和波浪非线性产生显著影响。结果为真实水槽造波机的运动控制以及波浪生成试验提供了依据,便于实验室设置更合理的参数来准确模拟不同条件下的波浪。     

吸收式造波机和宽式波浪槽

介绍一种宽式波浪槽，槽中设有一组吸收式造波机，它能吸收反射波。     

波流水槽模拟波浪技术的研究

介绍了实验室的造波机系统和造波特性及其在模型试验中的应用,并讨论了实验室内模拟海浪的检验标准及其方法。并对造波机应用前景进行讨论,对不规则波造波机进行物模试验具有一定的现实意义。     

两层流体中多个圆柱浮体波浪力的解析方法

采用解析方法研究了线性入射波作用下两层流体中多个圆柱形淹没浮体的渡浪力特性.首先基于多极子展开方法,建立了散射势函数的解析表达式,并进一步得到浮体散射渡浪力的计算公式,然后利用边界元方法验证了本文的解析解,最后分析了不同参数的变化对双圆柱形浮体结构波浪力的特有影响.     

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。     

基于Korteweg-de Vries方程解析解的海洋内波模拟研究

主要是利用非线性发展方程丰富的解析解,基于含有散射项和微扰项的Korteweg-de Vries方程对台湾东北部东海海域内波的传播特性进行研究,并着重分析海洋内波在SAR图像上的信号特征,进而讨论耗散项和微扰项对海洋内波所引起的表层流速变化的影响.     

双层直立圆弧型防波堤上绕射波浪力的解析计算

基于微幅波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了双层直立圆弧型透空防波堤的波浪绕射解析解,从而将已有的比例边界有限元法拓展为解析算法,并据此对外层与内层防波堤所受波浪载荷进行了解析计算。计算结果表明:应用本文方法对直立透空圆环柱的绕射波浪载荷进行验证计算,所得结果与现有的解析解完全吻合,说明方法可靠。双层堤较单层堤能更有效地减弱波浪作用。波浪的入射角度和特征参数、防波堤张角与半径、防波堤透空系数以及水深等因素的相对变化对双层堤的波浪作用均存在一定影响。     

波浪水槽中振动格栅湍流特征的实验研究

在波浪水槽中采用格栅振动的方式产生湍流,研究振动格栅产生湍流的特征。本文开展了4类实验,调节测量点到格栅平均位置的距离、格栅振动频率、振动冲程,采用ADV测量水体中单点的脉动速度。实验结果显示,湍流强度在一定范围内随离格栅距离的增大而逐渐减小,随着振动频率的增大而呈幂指数增大,随着振动冲程的增大而呈幂指数增大。同时还比较了两个不同格栅产生湍流的不同。结果显示,在波浪水槽中,振动格栅产生湍流的强度还与格栅的长度尺寸有关,这与在水箱中振动格栅产生湍流的特征不同。     

斜向波对台阶地形上有限吃水半无限长弹性板的散射作用

基于线性势流理论和欧拉-伯努利梁理论,采用匹配特征函数展开法建立斜向波对台阶地形上有限吃水半无限长弹性板散射的解析解。与以往研究不同,本文同时考虑波浪入射角度、弹性板吃水、三种不同板端条件（自由板端、简支板端、固定板端）以及海底地形的影响。本文还直接将板端条件引入匹配边界条件,建立线性方程组求解速度势中的展开系数,计算过程简单、高效。计算结果表明：本文方法收敛性好,并满足能量守恒方程。将本文计算结果与文献中的特例结果进行对比,吻合良好。分析了波浪入射角度、弹性板吃水、不同板端条件以及海底地形对弹性板水动力参数的影响,研究结果可以为工程设计提供参考。     

带横隔板局部开孔沉箱在斜向波作用下的受力研究

基于线性势流假定,对斜向波作用下带横隔板局部开孔沉箱防波堤的水平波浪力进行了理论研究。给出了开孔沉箱法向水平力和横隔板受力的理论计算方法,在极限情况下波浪力的计算结果与文献中的已有结果一致。利用数值算例分析了开孔沉箱总水平力的主要影响因素。开孔沉箱法向总水平力的减小主要集中于结构上半部分波浪影响范围以内。增加单个开孔沉箱的长度有利于减小结构所受总水平波浪力。当波浪入射角或沉箱前开孔墙孔隙影响系数幅值较大时,开孔沉箱横隔板上总水平力的最大值要超过相应的沉箱法向总水平力,此时要注意横隔板的强度问题。     

多消浪室局部开孔沉箱防波堤反射特性的迭代解析研究

基于势流理论,对多消浪室局部开孔沉箱防波堤的反射特性进行解析研究。研究中采用开孔墙处的二次压力损失边界条件,可以直接考虑波高对于开孔墙处能量损失的影响。利用匹配特征函数展开法和迭代方法得到当前问题的解析解。收敛性验证表明,迭代计算和级数解均具有良好的收敛性。该解析解的计算结果与分区边界元的数值计算结果一致,并且与已有的试验结果符合良好。通过算例分析,研究开孔沉箱防波堤反射系数的主要影响因素。结果表明：与单消浪室开孔沉箱防波堤相比,多消浪室开孔沉箱防波堤可以在更宽的波浪频率范围内保持低反射;增大开孔墙的开孔率,有利于降低多消浪室开孔沉箱防波堤的反射系数;当开孔墙的开孔率沿着入射波方向依次递减时,多消浪室开孔沉箱防波堤的反射系数较小。本文所建立的解析模型简单可靠,可用于工程初步设计中分析开孔沉箱防波堤的水动力性能。     

聚焦波作用下半浸没圆柱所受波浪载荷理论研究

由于畸形波的物理机制较复杂,有关畸形波-结构物相互作用的理论研究进展缓慢。然而对于较简单的畸形波模型与规则结构体,可以给出畸形波-结构物相互作用的理论解。本文基于畸形波的一种基本模型聚焦模型,采用解析方法研究其对半浸没圆柱体产生的波浪载荷。为保留畸形波的大部分特征,聚焦模型采用高斯包络描述。通过流场分隔给出绕射势,进而给出圆柱所受水平波浪力与波浪弯矩。采用适当方法简化理论公式,并与数值结果进行对比验证。此外,系统分析了聚焦程度、浸没深度与聚焦位置等参数对波浪载荷的影响。