陆架斜坡对内孤立波的动力响应特性试验研究

针对内孤立波在行进过程中遇到海底斜坡会对海底产生力的作用,不同坡度斜坡对内孤立波的动力响应应该存在差异。本文通过水槽中制造内波,对不同角度的斜坡对内孤立波的动力响应过程进行了研究。结果表明,内孤立波通过陆架斜坡上方,会造成斜坡沉积物超孔隙水压力的积累;在相同振幅条件下,缓坡沉积物动力响应的幅度比陡坡沉积物大;随着振幅的增加,缓坡发生动力破坏程度大于陡坡;在斜坡沉积物稳定性受到破坏之前,超孔隙水压力的积累和释放同时存在,内孤立波振幅的增大会加剧超孔隙水压力的释放。该结果对于斜坡沉积物在内孤立波作用下失稳破坏的动力学研究和斜坡稳定性分析将起到指导作用。     

海洋结构物小尺度桩柱的水动力系数研究与进展

本文主要归纳了基于Morison方程求解小尺度桩柱的水动力系数方面的研究成果。分别从单桩柱和群桩两个方面对水动力系数的研究成果,包括纯波、波流混合、横向力、直立桩柱、倾斜桩柱、复杂结构桩柱、粗糙度等进行了阐述,给出了在波流条件下水动力系数的变化规律;归纳了当前水动力系数的求解方法;介绍了在水动力系数的物模实验、数值仿真以及实验数据处理方法上的研究进展,并提出了相关研究的建议。     

破碎波冲击直立桩柱的大比尺试验研究

波浪破碎是海洋中最常见的现象之一,其能够对海洋中的结构物产生巨大的波浪力作用。本文在大比尺波浪水槽通过聚焦波的方法生成了极端波浪和不同破碎阶段的破碎波浪,并对其冲击桩柱过程中的点压力进行了测量,进而采用连续小波变换的方法,对桩柱上点压力的分布及大小进行了细致分析。结果表明,多次重复试验下,相比非破碎极端波浪,破碎极端波浪产生的点压力离散性更强;波浪破碎程度越大,测点位置越靠近波峰,则点压力离散程度越大;破碎波的最大点压力出现在1.2倍的最大波面附近,且其大小可达3倍的最大静水压力;基于点压力小波谱,不同破碎阶段破碎波产生冲击作用不同,对于波浪作用桩柱前波浪已经发生破碎的情况,其冲击区域更大,点压力分布更复杂;而对于桩面破碎的情况,其造成的波浪总力更大。     

内波场中水平桩柱波阻的实验研究

分析水平阻力与内波波要素的关系,采用实验室实验的方法,研究了水平桩柱与内波的相互作用,焦点是研究内波波要素与波阻之间的关系。实验中的密度分层采用典型跃层型剖面,而内波是由自行研制的造波机生成。实验结果表明,当内波的频率不变时,水平桩柱所受到的阻力随着内波的振幅增加而增加,它的量值与分层有关。对于强跃层的密度分布,当桩柱处在跃层中时,受到的水平波阻较小,而在跃层之外则受到较大的水平波阻。     

墩（桩）柱上流冰撞击力的研究与试验

本文简要地介绍了流冰撞击力与冰排挤压力之间的关系，给出了用于工程设计的流冰撞击力计算方法，并用模型试验对计算方法进行了验证。     

内孤立波破碎后对斜坡沉积物的动力作用过程及特性实验研究

为完善内孤立波与海底斜坡沉积物相互作用研究,本文着眼于内孤立波破碎后在斜坡上继续运动的阶段,开展物理模拟实验,分析斜坡响应的土压力和超孔隙水压力的变化状况,揭示内波作用过程。研究发现：斜坡沉积物颗粒在内孤立波破碎引起的涡旋和渗流的共同作用下,会发生再悬浮,斜坡坡度变化不改变沉积物产生动力响应的主导动力作用;内孤立波振幅大小影响涡旋与渗流两者的比例,即在小振幅条件下由涡旋作用主导,在大振幅条件下由渗流作用主导;破碎流体在沿斜坡冲出坡顶位置后形成新的涡流,沉积物在新生涡流作用下的动力响应受斜坡坡度的影响。本文结果对于研究内孤立波再悬浮运移海底沉积物、改造海底地形地貌具有参考价值。     

内孤立波对小直径直立桩柱作用力的实验研究

内孤立波具有较大的振幅与较强的垂向剪切,能对海洋工程设施产生极大的破坏作用。本文设计实验研究了内孤立波与直立小直径桩柱的相互作用,采用粒子图像速度测量法(PIV)测量内孤立波的流速场,并采用自行设计的测力天平测量桩柱受力,测量分析了内孤立波对小直径直立桩柱产生作用力的实验值,与Morison公式计算的理论值比较。实验结果表明,第一模态内孤立波的流速方向以及作用力在桩柱的上下部分方向相反,产生很强的速度切变和扭力,对小直径直立桩柱造成破坏。通过与Morison公式计算的理论值比较,发现实验值与理论值的大小以及分布规律基本相同。     

高雷诺数下均匀振荡流中倾斜桩柱上的水动力特征研究

本文介绍了均匀振荡流中光滑倾斜桩柱上（α＝４５°）水动力特征的试验研究及其与水平桩柱（α＝９０°）研究结果的对比。     

围海建设对天津近海水动力环境的影响研究

基于FVCOM三维水动力模型研究了围填海建设对天津近海海域水动力的影响。结果表明:针对近岸海域的围填建设,围填造陆对天津近海海域的潮流场有一定的影响,围填建设区北部和南部区域流速增大,右侧区域流速减小,流速变化在-30～20cm/s之间,平均变化率为30.4%,流向变化在-50°～40°之间;余流场变化幅度较大,在1～17.9cm/s之间。     

Hydroelastic response of a circular plate in waves on a two-layer fluid of finite depth

The hydroelastic response of a circular, very large floating structure （VLFS）, idealized as a floating circular elastic thin plate, is investigated for the case of time-harmonic incident waves of the surface and interfacial wave modes, of a given wave frequency, on a two-layer fluid of finite and constant depth. In linear potential-flow theory, with the aid of angular eigenfunction expansions, the diffraction potentials can be expressed by the Bessel functions. A system of simultaneous equations is derived by matching the velocity and the pressure between the open-water and the plate-covered regions, while incorporating the edge conditions of the plate. Then the complex nested series are simplified by utilizing the orthogonality of the vertical eigenfunctions in the open-water region. Numerical computations are presentedto investigate the effects of different physical quantities, such as the thickness of the plate, Young＇s modulus, the ratios ofthe densities and of the layer depths, on the dispersion relations of the flexural-gravity waves for the two-layer fluid.Rapid convergence of the method is observed, but is slower at higher wave frequency. At high frequency, it is found that there is some energy transferred from the interfacial mode to the surface mode.     

两层流体中振荡水平圆柱潜体水动力特性

研究了有限深两层流体中水平圆柱潜体的振荡辐射问题。在线性势流理论框架内,建立求解辐射势的多极展开理论,提出附加质量和阻尼系数的计算方法,进行了数值计算分析,并且与均匀流中的情况进行比较。结果表明,在圆柱潜体的某个振荡频率范围内,流体的分层效应对其附加质量和阻尼系数是有重要影响的。同时,对水平圆柱潜体振荡产生的自由面和内界面波动特性进行了数值分析。     

基于图像处理的异重流与系泊结构物作用模型试验研究

异重流广泛存在于江河入海口附近,速度快、破坏力强,给近海工程的施工作业带来不小的难度。为了研究系泊结构物在异重流作用下的运动响应,基于图像处理技术,采用开闸式异重流模型试验方法,将异重流和结构物作为研究对象。利用图像处理技术处理由高速摄像机拍摄的结构物运动图片,从而获得结构物运动的时历曲线。对比讨论了不同密度比的异重流对结构物运动的影响,同一密度比的异重流对处于不同深度结构物运动的影响。研究结果表明：结构物运动受异重流密度的影响较大,结构物的运动幅值随着密度的增大而增大。处于高密度流体非混合层的结构物受到异重流的作用会产生大幅度的顺时针旋转和正x方向偏移;位置较高的方柱受到淡水的主导作用,会产生逆时针旋转和负x方向偏移。位于盐水与淡水剧烈混合区域的方柱并不会产生单一方向的偏移,而是在平衡位置附近波动。     

两层粘性流体中圆柱体受迫振荡数值模拟

研究两层粘性流体中无限长水平圆柱体的受迫振荡问题。在湍流模式下,采用VOF方法追踪两层流体的内界面,基于动网格技术模拟圆柱体的运动边界,对均匀流中横向振荡圆柱体的绕流场进行了数值模拟。计算受迫振荡圆柱体的升力系数、阻力系数随时间的演化曲线和圆柱体的尾涡分布,以及圆柱体的受迫振荡激发两层流体内界面的扰动,并与均匀流体的情况进行了比较分析。研究表明,流体的两层分层效应对受迫振荡圆柱体的升阻力系数和尾涡分布特性都有显著影响,在水下输油气管道涡激振动特性的工程评估中,应考虑流体的密度分层效应。     

潮流作用下海上风电群桩基础局部冲刷与防护试验研究

海上风电基础局部冲刷会影响风电结构的稳定,对海上风电的安全运行至关重要。以四腿群桩导管架基础为研究对象,对潮流条件下基础局部冲刷开展试验研究。试验结果表明：0°水流条件下,最大冲刷深度为1.05倍桩径;45°水流条件下,最大冲刷深度为0.97倍桩径。并探索了新型蜂巢结构在群桩基础防冲刷中的应用,设计了蜂巢格室防护方案,发现在蜂巢防护情况下,两个流向作用于四腿群桩基础时最大冲刷深度仅为无防护情况下的27.3%和25.9%,表明蜂巢格室在海上风电基础的冲刷防护方面具有良好效果,在实际工程中具有较大的应用潜力。     

新型旋转减冲装置对桩基局部冲刷防护试验研究

为减轻海上风电单桩基础周围局部冲刷对其结构安全的影响,提出了一种新型旋转减冲装置。在波流水槽中开展物理模型试验,改变波流条件、装置安装高度、安装距离,记录桩周冲刷发展历时,运用激光地形仪扫描冲刷坑形态,分析各工况下冲刷坑形态差异,验证装置不同安装距离、安装高度下的冲刷防护效果,提出了不同安装位置下的防护效率公式。结果表明：新型旋转减冲装置具有较好的冲刷防护效果,本试验工况下,桩周最大冲刷深度可减小44%左右。装置安装距离对冲刷防护效果影响较小,波流作用下的冲刷防护效果受装置安装高度影响显著,冲刷防护效果随装置安装高度的增加而减弱。     

台风期间南海北部岛礁及下坡海底对水下噪声的影响研究

The correlation of ambient noise with wind speed, and the depth dependence of ambient noise are both investigated, where the ocean noise data were recorded by a vertical line array in the northern South China Sea. It is shown that the correlation coefficients increase with increasing hydrophone depth during typhoon periods when the frequency ≥ 250 Hz, which opposes the generally accepted knowledge that the correlation coefficients of noise level and wind speed decrease with increasing depth during non-typhoon periods. Particularly at frequencies of 250 Hz, 315 Hz and 400 Hz, the correlation coefficients increase by more than 0.05 at depths ranging from 155 m to 875 m. At the three frequencies, the average noise levels also increase with increasing depth during typhoon periods. It is suggested that these differences are attributed to the wind-generated noise in shallow waters and the effect of "downslope enhancement" to sound propagation. During typhoon periods, the surf breaking and surf beat upon the shores and reefs are strengthened, and the source levels are increased. The wind-generated noise in shallow waters interacts with the downslope sea floor, with the noise-depth distribution changed by a "downslope enhancement" effect promoting noise propagation.     

长兴岛海区波流相互作用数值模拟研究

波和流是近岸海区的主要动力因素。应用二维潮流数学模型和最新第三代近岸海浪模式SWAN,建立了非结构网格下二维情况近岸波流耦合作用数学模型。时间离散采用欧拉向前格式,空间离散采用有限体积法显式格式。通过将波浪场及潮流场进行迭代耦合计算,实现了对波流共同作用下波浪场和潮流场的数值模拟。将模型应用于矩形海湾实验和李孟国数模实验等理想地形以及大连长兴岛海区实际复杂地形算例,并用现场实测资料对计算结果进行验证,结果表明:耦合结果与实测结果吻合良好,并且要优于未耦合的结果。     

Experimental determination of wavelengths in the presence of a mean current

This paper describes a simple method for determining the wavelength of small amplitude waves under laboratory conditions where reflected wave components are present both with and without a mean current flow superimposed. It assumes a locally horizontal bed but requires no a priori assumption concerning the form of the dispersion relation with a coexisting current. Synchronous measurements of the water surface recorded along any straight line are analysed to yield Fourier coefficients at each location. It is then shown that for all practical conditions excluding a perfect standing wave, the average rate of change of wave phase in the chosen direction can be related directly to the component of incident wave number in that direction, irrespective of reflection coefficient or relative current strength. The technique has been applied to regular and bichromatic waves in a flume with an absorbing wave generator, and can also be applied in 3-D wave basins where waves and currents intersect at arbitrary angles. In combined wave–current experiments, by assuming the linear dispersion relation, it is also possible to estimate the effective current velocity.     

Experimental study of forces on a cylinder in oscillatory flow with a cross current

Forces on a circular cylinder have been measured with nominally two-dimensional current and oscillatory flow at right angles. Previous results for purely oscillatory flow defined by a Keulegan-Carpenter number, Kc, have been extended for reduced velocities, Vr, in the range 3–10. For Kc<7 modification of the Karman street by oscillation is complex and locking-on has a dominant influence. For Kc > 7 simply adding forces due to the current and oscillation as though in isolation generally gives conservative results. The ‘current’ drag shows considerable variation and can even be negative. The Morison fit to the in-line force is generally less satisfactory when there is a current and can be wholly inadequate.