楔形体在波浪中自由入水的数值模拟

物体入水时波浪的影响不可忽略,基于流体力学模型采用VOF法,并利用自定义函数,模拟了楔形体的自由入水过程;同时结合推波板原理及海绵层消波理论实现了数值水槽的造消波,完成了波浪中楔形体自由入水的模拟,计算了楔形体入水时所受的水作用力、自由液面变化及物面压强分布等,研究了不同波高、周期以及在波浪不同位置入水时对楔形体的影响。结果表明:本文建立的数值模型可很好地模拟楔形体入水造成的射流及空泡的形成发展过程,波浪对楔形体入水的影响主要由波浪内部流场变化及表面波形决定,在波浪不同位置处入水对楔形体受力及入水形态均有较大影响。     

改进的移动粒子半隐式法模拟楔形体入水砰击

移动粒子半隐式法(Moving-Particle Semi-Implicit Method,MPS)是一种新的基于拉格朗日(Lagrange)理念的无网格方法,适用于模拟自由液面的大变形和水流的喷射现象。用基于大涡模拟的改进MPS法首先模拟了矩形体的入水砰击,砰击压力的计算结果证明了这种方法的正确性,然后模拟了楔形体的匀速入水砰击,并与实验结果进行了对比,验证了大涡模拟改进MPS法在砰击问题中的适用性。     

系泊方柱在畸形波与波群伴生波浪作用下运动响应试验研究

畸形波与波群伴生波浪作用于系泊浮体,和常规随机波浪作用比较,运动响应时频域特征均将发生显著变化。基于物理模型试验,采用小波方法计算伴生波浪和常规随机波浪作用下系泊浮体运动响应的时频域特征变化及波群因子与浮体运动响应时频域特征的定量关系。结果表明:伴生波浪作用下浮体运动响应显著大于常规随机波浪的作用结果,且波群因子G A对浮体运动响应时频域特征有显著影响;伴生波浪作用下浮体纵荡运动的广义能量谱E(t)统计特征值E max(t)、E 1/10(t)、E 1/3(t)、E average(t)均明显大于相同波谱下常规随机波浪的结果,且随着波群因子G A增大显著增大;伴生波浪作用下各运动响应能量集中度δE显著大于常规随机波浪作用结果,且能量集中时域分布范围参数ΔT E以纵荡运动分量最为显著。     

随机波浪中畸形波在三维岛礁地形上的试验研究

在试验水池中,开展了波浪在岛礁地形上演化问题的研究。首先在实验水池中建立了西太平洋某岛礁地形的模型,然后采用改进的JONSWAP谱,由造波机产生不同周期、波高的随机波浪。试验中观察到了不同类型畸形波生成的过程及不同波面形态的畸形波。对偏度、峰度及水深与畸形波要素H_m/H_s（H_m表示波列中的最大波高, H_s为有效波高）的关系进行了详细的分析,同时,对畸形波波高H_fr与偏度的关也进行了分析。通过对试验结果分析,发现峰度与畸形波要素i>H_m/H_s呈正相关, H_fr增大时相应的偏度也会呈现增大的趋势。此外,水深的变化剧烈时（如斜坡、海山位置）有助于畸形波的发生。     

Experimental researches on reflective and transmitting performances of quarter circular breakwater under regular and irregular waves

A series of regular and irregular wave experiments are conducted to study the reflective and transmitting performances of quarter circular breakwater (QCB) in comparison with those of semi-circular breakwater (SCB). Based on regular wave tests, the reflection and transmission characteristics of QCB are analyzed and a few influencing factors are investigated. Then, the wave energy dissipation as wave passing over the breakwater is discussed based on the hydraulic coefficients of QCB and SCB. In irregular wave experiments, the reflection coefficients of QCB and their spectrums are studied. Finally, the comparisons between the experimental results and numerical simulations for QCB under regular and irregular wave conditions are presented.     

深水波浪破碎时波浪演化特征实验研究

采用能量聚焦的方式产生深水破碎波,并通过增加输入波陡使发生不同强度的波浪破碎现象。实验中,沿水槽中心位置布置22个浪高仪,分析波浪传播过程中的波面演化特征。对水槽不同位置处波面数据进行波能谱与小波能谱分析,发现在聚焦波传播过程中,低频能量部分保持相对稳定,而一次谐波高频部分先逐渐拓宽,经过破碎区域后又逐渐恢复。能量在高频部分有所损失,这种现象在破碎时更加明显,且破碎强度越大,越显著。波浪未破碎时,由于波浪传播过程中高频部分拓宽,导致聚焦前后特征频率略有增加,特征群速和特征周期略有减小;当波浪破碎时,由于破碎导致的能量损失比较明显,且卷破时更加明显,导致破碎后特征频率减小,特征群速和特征周期增大。     

规则波在浅水中运动及破碎的数值计算

利用一维Boussinesq方程描述了在浅水中的波浪运动以及破碎情况。在方程中引入了表面翻滚的概念，认为翻滚的水体是以波速运动的，翻滚的作用表现在水平速度的垂直分布上，产生了附加迁移动量项。通过对Airy波在浅水中运动以及破碎情况的研究，得出的一些结论与Schaeffer和合田的成果吻合良好。     

斜向波浪作用下双层水平板式防波堤波浪荷载试验研究

In this study, systematic physical model tests were performed to investigate the wave forces on the twin-plate breakwater under irregular waves. Based on the experimental results, the effects of the relative plate width B/L,wave height Hs/D and incident angle θ0 on the wave forces were analyzed and discussed. The results showed that:(1) The envelopes of the total wave pressure were generally symmetrical along the direction of plate width under the incident angles(θ0) being 0°, 15°, 30°, 45° and 60°. In particular, the envelopes of wave pressure atθ0=30° were larger than all other cases.(2) The synchronous pressure distribution of the breakwater under oblique wave action was more complicated comparing to the normal incident waves.(3) Based on data analysis, an empirical formula was obtained to estimate the total vertical force of the twin-plate breakwater.This empirical formula can be a good reference for the design basis of engineering applications under specified wave conditions.     

畸形波作用下双层水平板防波堤压力分布特性研究

基于物理模型试验,考虑畸形波参数、相对板宽、相对波高等影响因素,就畸形波对平顶双层水平板防波堤作用进行研究。首先对畸形波作用下双层水平板的波浪力分布特征进行了讨论,然后就最大波动压强、结构最大总垂向力与不规则波作用进行了对比分析。结果表明,畸形波作用下,双层水平板最大波动压力出现在前端迎浪区域附近,向尾端逐渐递减。双层水平板4个受力面的压力分布不同且有相位差,4个受力面的最大波动压力时间差约在0.1T_p~0.4T_p范围内变化。与不规则波作用比较,畸形波作用没有显著改变波压包络分布特征,但增大了波压包络强度值。试验范围内,就最大总力而言,两者最大总浮托力比值在1.06~2.45间变化;向下的最大总垂向力比值在1.22~2.07之间变化;就波动压力而言,其增大的幅度与畸形波参数α₁相关性最强,随α₁的增大而增大,在α₁=2.04~3.1试验范围内,畸形波作用时的最大压强比不规则波作用时可约增大20%~80%。就最大波吸力而言,两者的比值与畸形波参数α₄相关性最强,随α₄的增大而减小。在α₄=0.62~0.75试验范围内,最大波吸力强度的比值在1.61~0.87范围内变化。当α₄≤0.72时,畸形波作用时的最大波吸力大于不规则波作用时的最大波吸力;当α₄ > 0.72时则刚好相反。     

马蹄波波形几何参数的试验研究

为了研究真实海洋表面马蹄波的波形特征,通过物理模型试验研究了马蹄波的波形特征参数。研究中通过引入满足共振条件的扰动波成功在试验室内产生了马蹄波,测量和分析了马蹄波的波面升高和水平弧形波峰的几何特征,定义了新的垂向几何参数和水平几何特征参数,给出了不同水深情况下的这些参数的结果,得出了水深对马蹄波几何形态的影响。理论分析了马蹄波的横向结果,并与试验测量结果和弧形处理结果进行了对比。结果表明,马蹄波波形受水深影响较大;水深越浅,马蹄波的波面形状越接近椭圆余弦波,横向波长也越大。     

波浪作用下细颗粒泥沙起动试验研究

长江口北槽中下段滩面泥沙以粉砂和极细砂为主,在风浪条件下极易起动,形成近底高浓度含沙层,成为航道淤积的重要泥沙来源。采用长江口北槽中下段滩面现场泥沙,进行了波浪作用下泥沙的起动试验研究。试验结果表明:相同水深条件下,波浪周期越长,泥沙的起动波高越小;相同波浪周期条件下,水深越大,泥沙起动波高越大;对于自然密实1天的泥沙,波浪作用下的起动临界剪切力平均约为0.325 N/m2。本次试验结果和已有的波浪起动公式计算结果以及已有的试验结果进行了比较分析,结果均比较一致。     

Experimental study of irregular wave impact on structures in the splash zone

The experimental investigation of irregular wave slamming on structure members with large dimension in the splash zone is presented. The time-domain and frequency-domain analyses results of the irregular wave impact pressure on the subface of the structure under various case studies are presented. The influence of different incident wave parameters and relative clearance s/H_1/3 on the impact pressure is discussed. The empirical formula of the characteristic impact pressure P_c, P_t and the spectral moment of the impact pressure m₀ on the structure are proposed. The empirical expression of the characteristic peak impact pressure P_c and the spectral moment of the impact pressure m₀ on the structure is given.