基于二阶斯托克斯波理论的辐射应力垂向分布

基于二阶斯托克斯波理论推导了辐射应力的垂向分布表达式,通过算例讨论了辐射应力在深水和有限水深条件下的垂向分布规律,并与基于微幅波理论的辐射应力进行了比较.结果表明,在波浪非线性不强时,基于二阶斯托克斯波理论的辐射应力与基于微幅波理论的辐射应力表达式计算结果接近;而当水深较浅波浪非线性较强时,基于二阶斯托克斯波理论的辐射应力在近表面处明显大于基于微幅波理论的辐射应力.采用二阶斯托克斯波理论推导的波浪辐射应力更为合理地反映了波浪非线性效应.     

三维辐射应力引起的海底回流垂向分布

海底回流对近岸地形演变起到重要作用。文章给出了应用不同三维辐射应力得到的海底回流的解析解。在推导海底回流解析解时,涡黏系数分别选用了抛物线型、线性和垂向常数涡黏系数,讨论了他们对海底回流垂向变化的影响,给出了考虑不同三维辐射应力的海底回流解析解结果与试验结果的对比。最后将不同学者建立的三维辐射应力加入到本文数学模型中,对海底回流试验结果进行了数值模拟。     

波浪辐射应力对海流模式影响的数值分析

将波浪辐射应力,特别是地转意义下的波浪辐射应力引入海流数值模式POM(princeton ocean model),在渤海海域进行了初步的数值研究。在目前的数值分析中仅考虑了波浪辐射应力的横向分量(也是最重要的分量)。在POM模式中引入非地转和地转意义下的波浪辐射应力两种方案,并与原模式直接运行(即不考虑波浪辐射应力)的结果进行比较。比较显示,波浪辐射应力,特别是地转意义下的波浪辐射应力对海流模式结果的影响不容忽略。在海浪场存在的条件下,由风应力和地转意义下浪致作用力共同作用产生的海流强度应比理论上Ekman漂流的强度大,尤其是在浪致作用力显著的表层,表层流将明显增强,且不会完全符合Ekman漂流理论的转向规律。     

散货船及油船垂向波浪载荷短期预报经验公式

应用WALCS软件对6艘散货船及6艘油船进行了短期波浪载荷直接计算,依据计算结果分析了这两种船型在航速为0、迎浪、均匀满载及隔舱满载工况下的船舯垂向弯矩、L/4(L为船长)处垂向剪力、3L/4处垂向剪力的若干规律。根据这些规律,总结出了一套针对散货船及油船的垂向波浪载荷短期预报经验公式。依据此经验公式,在缺乏完备图纸资料的情况下,可以快速估计航行于海上的受损船舶的短期载荷情况,为评估其安全状态提供数值依据,为事故船东方做出安全可行的处理决策提供优质服务。     

辐射应力对台风风暴潮预报的影响和数值研究

台风过程期间,风暴潮和海浪是相伴相生的,相互作用的.波致辐射应力对于近岸风暴增、减水起着十分重要的作用,传统的海浪模式计算辐射应力耗时较多,不能满足业务化预报的要求.根据已有波浪辐射应力的理论表达式,经过严密的数学推导,适当的简化处理,提出了一个较为简单的波浪辐射应力表达式,并将其应用到业务化风暴潮数值预报模式中去,通...     

潜堤上规则波辐射应力的数值研究

在近岸波浪相关研究中,辐射应力是波动在水体中引起的剩余动量流,是波浪运动的重要物理量.在波浪从深水逐渐传向浅水的过程中,波浪的非线性逐渐增强,甚至会发生破碎等剧烈变形,引起辐射应力的强烈变化,对次重力波生成等有重要贡献.应用OpenFOAM精细模拟波浪在潜堤上的传播,得出波浪运动的详细流场信息,计算了有波浪破碎情况下潜...     

南海北部春季海流的垂向变化

对南海北部一连续观测站的春季海流资料进行功率谱分析,潮流调和分析及统计分析,得到了南海北部春季海流垂向结构的基本特征为：（１）实测平均海流偏Ｗ向流动并随深度的增加稍作逆时针方向偏转,平均流速随深度的增加而减小,实测海流的日周期明显,在垂向上,近底层（３００ｍ）的功率谱峰值明显比其它水层的大,表明该层海流包含的日周期波动最强;（２）海区的日潮流相当强,其最大流速（Ｋｋ１＋Ｗｏ１）在近底层最大;日潮流     

辐射应力在黄河三角洲近岸波浪和潮汐风暴潮相互作用中的影响

基于考虑辐射应力机制的近岸高分辨率的波浪和潮汐风暴潮相互作用耦合数值模式 ,研究了辐射应力在黄河三角洲胜利油田近岸海域波浪和潮汐风暴潮相互作用过程中对水位的影响 ,并与两个中等强度天气过程引发的实测水位过程进行比较。结果表明 ,考虑辐射应力机制的波浪和潮汐风暴潮相互作用耦合模式模拟的结果与实测更接近 ,特别在极值增水位处吻合很好。对本研究的中等强度天气过程 ,辐射应力可增水 40cm ,在黄河三角洲近岸区有 2 0cm以上最大增水区域 ,这在工程上非常重要。可以预见 ,对引发黄河三角洲沿岸强增水的台风及强寒潮过程 ,辐射应力对增水的影响会更明显。本研究结果表明 ,在实际工程应用中 ,应采用波浪和潮汐风暴潮相互作用耦合数值模式。     

南海北部春季海流的垂向变化

对南海北部一连续观测站的春季海流资料进行功率谱分析、潮流调和分析及统计分析,得到南海北部春季海流垂向结构的基本特征为:(1)实测平均海流偏W向流动并随深度的增加稍作逆时针方向偏转,平均流速随深度的增加而减小;实测海流的日周期明显,在垂向上,近底层(300m)的功率谱峰值明显比其它水层的大,表明该层海流包含的日周期波动最强;(2)海区的日潮流相当强,其最大流速(WK1 WO1)在近底层最大;日潮流作顺时针方向旋转,其椭圆长轴基本上为偏NW—SE向;(3)海区的平均余流呈偏W向流动,在200m层相对较稳定,随深度的增加其方向略呈逆时针方向偏转,量值呈减弱趋势。     

海岸沿岸流垂向分布实验研究

进行海岸沿岸流模型实验,利用ADV(acoustic doppler velocimeter)测量了沿岸流流速沿垂直岸线方向多个断面的垂向分布。采用Faria等的方法对实验结果进行了分析,将沿岸流沿水深分为上层和下层两部分:下层采用对数分布来表达沿岸流的垂向分布;上层考虑了波浪引起的自由表面的波动,流速分布为修正的对数分布。最后对沿岸流垂向分布特征做了分析,并与Visser和Hamilton的实验结果做了对比。     

Study on Flow Field Around Vertical Breakwater Under Different Overtopping Conditions Based on Numerical Simulation

A numerical wave flume is constructed based on the Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations with turbulence closure by a modified k-ε model to study the viscous interactions of waves with vertical breakwaters for different overtopping cases. The governing equations,the turbulence model,boundary conditions,and solution method for the numerical wave flume are introduced briefly. The reliability of the numerical wave flume is examined by comparing the numerical results with the experimental measurement...     

Numerical Investigation of Submarine Hydrodynamics and Flow Field in Steady Turn

This paper presents numerical simulations of viscous flow past a submarine model in steady turn by solving the Reynolds-Averaged Navier?Stokes Equations (RANSE) for incompressible, steady flows. The rotating coordinate system was adopted to deal with the rotation problem. The Coriolis force and centrifugal force due to the computation in a body-fixed rotating frame of reference were treated explicitly and added to momentum equations as source terms. Furthermore, velocities of entrances were coded to give the correct magnitude and direction needed. Two turbulence closure models (TCMs), the RNG model with wall functions and curvature correction and the Shear Stress Transport (SST) model without the use of wall functions, but with curvature correction and low-Re correction were introduced, respectively. Take DARPA SUBOFF model as the test case, a series of drift angle varying between 0° and 16° at a Reynolds number of 6.53×106 undergoing rotating arm test simulations were conducted. The computed forces and moment as a function of drift angle during the steady turn are mostly in close agreement with available experimental data. Though the difference between the pressure coefficients around the hull form was observed, they always show the same trend. It was demonstrated that using sufficiently fine grids and advanced turbulence models will lead to accurate prediction of the flow field as well as the forces and moments on the hull.     

Numerical Simulation of Flow Field in Tidal Estuary Using Body-Fitted Coordinate System

- On the basis of the physical mechanism, a body-fitted coordinate system is developed. By using this system the boundaries in simulation and in real are fitted well, and simulation with great accuracy is achieved. A computation example indicates that compared to traditional two-dimensional computation methods, the body-fitted simulation has an advantange of better coincidence with the real and can be adopted in simulating flow fields in tidal estuaries.     

胶州湾潮流场的示踪粒子数值模拟研究

本文采用直角坐标系统,矩形网格技术,将ECOMSED模式应用于胶州湾内粒子运动轨迹模拟试验。在ECOMSED模式三维水动力模块基础上,启用保守粒子的示踪模型,模拟粒子在湾内的运动轨迹,得到胶州湾排污口污染物在湾内表、中、底3层的运动路径,从而为排污口选址和陆源污染治理方案提供环境依据,以达到使湾内及附近海域受污染最低的目的。通过模拟获得了胶州湾及其附近海域三维潮流水平与垂向分布结构,以及此海域的若干个流涡的水平分布状况。粒子示踪的模拟结果表明,粒子的运动轨迹与湾内流速流向相一致,即示踪粒子的运动轨迹与湾内流场有关,此外也受到粒子释放时刻的影响,高潮时释放的粒子更容易向湾外漂移,利于污染物的输运。     

仿生机器鱼外形设计及流场阻力数值分析

在机器鱼设计过程中,鱼体、尾鳍的外形设计十分重要。为了研究流体阻力更小、推进效率更高的全鱼外形,以金枪鱼、海豚和旗鱼为仿生对象,建立了 3 种不同的机器鱼模型,运用动网格技术定义了边界条件,并用数值方法分析了 3 种模型在流场中的速度、鱼体受力等水动力性能。结果表明：旗鱼模型游动性能最好,相比于金枪鱼与海豚模型,行进过程中受到的阻力更小,且通过斯特罗哈尔数比较旗鱼模型推进效率更高;另一方面,新月鳍仿生鱼游动速度最高,是八字鳍仿生鱼的 2.2 倍左右,旗鱼新月鳍机器鱼具有更好的游动性能。计算结果对减小机器鱼流体阻力,提高其推进效率提供了较好的参考价值。     

钱塘江北岸尖山一期促淤围垦工程数模研究

本文应用二维水流数学模型计算了钱塘江北岸尖山一期促淤方案的流场,计算结果表明,涨潮期能否形成适当范围和适当强度的回流是促淤工程成败的关键。这一结论与物模浑水试验结果相同,该促淤工程实践证明这一结论也是正确的。     

波浪与抛石潜堤相互作用的MPS法数值模型研究

为了研究波浪与抛石潜堤相互作用过程中大自由表面变形和堤内渗流等强非线性紊流运动问题,利用改进的MPS法,建立了模拟波浪与抛石潜堤相互作用的MPS法数值计算模型。模型将抛石潜堤假定为均质多孔介质,采用Drew的二相流运动方程描述多孔介质内外的流体运动;通过在动量方程中增加非线性阻力项,并引入亚粒子尺度紊流模型,模拟波浪与可渗结构物相互作用过程中的紊流运动。选取"U"型管中多孔介质内渗流过程和孤立波与可渗潜堤相互作用两个典型的渗流问题,通过将数值计算结果与理论解和实测值的对比分析,对所提出的MPS法紊流渗流模型的模拟精度进行验证。结果表明:基于改进的MPS法构建的垂向二维紊流渗流模型可以很好地再现"U"型管中多孔介质内渗流以及波浪作用下可渗潜堤内外的复杂流场,显著缓解流-固界面处的压力震荡与粒子分布不均匀问题,实现了较高的模拟精度。     

Numerical Simulation and Experimental Study of the Effects of Disposal Space on the Flow Field Around the Combined Three-Tube Reefs

The artificial reefs placed on the seabed with different layouts and disposal spaces will produce variational flow field. The intensity and scale of the combined three-tube artificial reefs with different layouts at five Reynolds numbers (Re) are numerically investigated by use of the RNG k?ε turbulent model and SIMPLEC algorithm. A stationary no-slip boundary condition is used on the models and the bottoms, and the free surface is treated as a “moving wall” with zero shear force and the same velocity with inflow. In order to validate the simulation results, a particle image velocimetry (PIV) experiment is carried out to analyze the flow field. The numerical simulation results are consistent with the data obtained from experiment. The corresponding errors are all below 20%. Based on the validation, the effects of disposal space on flow field are simulated and analyzed. According to the simulation, in a parallel combination, a better artificial reef effect is obtained when the disposal space between two parallel reefs is 1.0L (L is the length of the combined three-tube reef model). In a vertical combination, when the disposal space between two vertical reefs is 1.0L to 2.0L, the artificial reef effect is better.     

利用潮汐动力减轻深圳河污染的水力条件计算分析

建立了深圳河非恒定流数学模型，模型中考虑了过闸水头突变的计算方法，采用拉格朗日法研究深圳河上游的罗芳污水处理厂和滨河污水处理厂所排出污水沿深圳河的运动过程，计算分析了利用潮汐动力减轻深圳河污染的水力条件。结果表明，深圳河口建闸3种不同调控方案下污水运移至深圳河口的总时间有所增加，这对于减轻深圳河的污染情况不利；从大鹏湾抽调清水以增加上游来水量则会大大缩短污水运移至深圳河口的时间，从而减轻深圳河的污染状况。