南海北部a波和b波的生成与传播特征的数值研究

本文基于真实地形、潮汐的高分辨率三维MITgcm海洋环流模式,对南海北部a波（大振幅波列形式）和b波（孤立子形式）的生成与传播特征进行了数值研究。首先,我们总结和分析了这些波动的生成与传播特征。然后我们计算了吕宋海峡的能量收支。能量的生成在一天内有三个极大值,其中最大值对应a波的生成。吕宋海峡西边界的能通量一天内有两个极大值,较大的那个对应a波的生成而另一个对应b波的生成。我们设计了敏感性试验来探究吕宋海峡东西海脊对a、b波的生成和传播造成的影响。通过对比敏感性实验和标准试验的结果,发现对于a波的生成东海脊必不可少,但西海脊几乎没有影响。西海脊削弱了a波的振幅但未对a波波速造成明显的影响。b波来自于从东海脊生成的扰动信号。西海脊加强了这个扰动信号但减慢了它的传播速度。     

分段式造波机生成波的方法和特性

本文叙述了分段式造波机生成波的理论和方法，通过试验确定了造波板前过渡段的长度，研究了分段式造波机生成波浪的特性，并将规则波的试验结果与理论结果进行了比较，给出了有效实验区的范围，可供实际应用时参考。     

波能转换装置气室在波浪中的性能试验研究

本文介绍了在侧向开口固定式气动型波能转换装置气室的开口处,加装“引浪板”;由“引浪板”、箱体侧板和底板延伸而形成的“引浪通道”后,使装置的能量转换效率有了较大的提高。通过装置在规则波中的试验,就有关“引浪板”倾角、气室高度、开口尺度、潮差和气室截面形状等方面,对装置转换效率的影响,进行了试验比较。通过装置在不规则波中的试验,提出了不规则波试验结果的处理方法,以及在不规则波工况下,设计参数的选取方法。     

多向不规则波有效试验区的扩展法

实验室中一般采用分段式造波机来产生斜向或多向波，但其中存在几个问题，最主要的是有效试验区较小。扩大有效试验区的常用方法是采用边墙反射法。本文首先叙述了应用边墙反射产生斜向波和多向波的方法，通过物理模型试验对该方法进行了验证，试验结果表明采用边墙反射的确可以扩大有效试验区的范围。     

不规则波Boussinesq型方程的造波,消波和反射

对前人提出的造波、消波和反射边方法分析表明,其方法是极浅水波近似,不适用于任意水深的水域,本文就任意水深变化Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ型方程,提出了不规则波新的造波原理、方法和消波边界及部分反射边界波动方程,试验表明,本文提出的造波、消波和反射方程有效而可靠的。     

斜坡平台波浪破碎数值模拟

波浪在斜坡地形上破碎,破波后稳定波高多采用物理模型试验方法进行研究,利用近岸波浪传播变形的抛物型缓坡方程和波能流平衡方程,导出了适用于斜坡上波浪破碎的数值模拟方法。首先根据波能流平衡方程和缓坡方程基本型式分析波浪在破波带内的波能变化和衰减率,推导了波浪传播模型中波能衰减因子和破波能量流衰减因子之间的关系;其次,利用陡坡地形上的高阶抛物型缓坡方程建立了波浪传播和波浪破碎数学模型;最后,根据物理模型试验实测数据对数值模拟的效果进行验证。数值计算与试验资料比较表明,该模型可以较好地模拟斜坡地形的波浪传播波高变化。     

基于HUST-Ship的船舶耐波性数值试验水池参数化建模方法研究

基于自研的HUST-Ship黏性流CFD求解器,提出了一种船舶耐波性数值试验水池参数化建模方法和网格生成技术。在自研的CFD软件平台中,根据波浪参数(规则波的波长、波高和不规则波的特征周期、有效波高)自动生成船舶耐波性数值试验水池。以结构化重叠网格技术为基础,分别对船舶与水池进行网格划分并进行网格的组装、重叠,实现船舶在耐波性数值试验水池中的数值“试验”,对船舶耐波性进行数值预报。根据波浪种类分为规则波数值试验水池与不规则波数值试验水池,可对各类波浪条件实现精确可靠的数值造波,模拟船舶在各种波浪环境中运动响应、耐波性事件与非线性运动特性。采用参数化建模方法生成的耐波性数值试验水池能够提高建模和网格生成效率,通过对国际标模进行数值预报并与船模试验结果对比,验证了参数化建模方法生成的耐波性数值试验水池对船舶在波浪中运动性能的计算精度。     

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。     

浅水波能谱试验研究

室内试验是研究风浪特性的一重要途径,文中首先对试验研究方法中的不足进行了改进和探讨.对比了天然风浪与试验风浪的风场特点,确定了两者特征风速间的换算关系.通过采用人工风与不规则造波机相结合来生成与模拟风浪,延长了试验条件下风浪成长所需的风区长度.在此基础上,利用试验研究的优点,完成了较大范围浅水风浪试验,对浅水波能谱进行了深入探讨.研究表明,较深水情况波能谱在浅水域其谱峰变小,谱形变得更加尖窄,反映出其波能量趋于集中,并给出了相应的表达式.     

单浮筒贮油系统(SBS)模型的波浪试验

本文论述了一个单浮筒贮油系统模型的规则波和不规则波试验。试验结果表明:(1)贮油船的纵摇具有线性应答特性,而且刚臂和浮筒的约束对其影响甚小,因此与切片理论计算结果十分吻合。(2)6根锚链中,以与波向成180°夹角的1~#锚链受力最大。(3)由于水深和试验方法的不同,本文中不规则波试验得到的统计值与文献[2]中的统计值之间存在着较大的差别。     

不同间距大直径圆筒防波堤波压力试验研究

通过开展物理模型试验,进行不规则波作用下不同间距大直径圆筒防波堤的波峰压力分布规律研究,分析了圆筒相对间距、相对水深、波陡等主要影响因素对圆筒波压力的影响规律,并通过波压力试验值与各家理论公式计算值的比较,进行不同间距圆筒波压力的计算方法研究。基于直立墙结构和大尺度孤立墩柱结构波压力公式给出修正系数以及横向衰减函数的拟合公式,用以计算圆筒周身不同位置处的波压力,从而为工程设计和理论研究提供参考。     

内孤立波对不同水深竖直圆柱体水平作用力分析

采用理论研究和试验研究相结合的方法,对两层流体中内孤立波对不同水深竖直圆柱体水平作用力进行了分析。采用重力塌陷法进行内孤立波造波试验,通过PIV(Particle Image Velocimetry)技术获取内孤立波波剖面的时间序列,利用测力系统对竖直圆柱体在内孤立波作用下的受力进行测量。通过内孤立波波剖面试验分析,选取合适的内孤立波理论并对竖直圆柱体所受内孤立波作用力进行计算,将计算结果与试验结果进行汇总分析。结果表明:上层流体中圆柱体所受内孤立波最大水平作用力明显大于下层流体中各段圆柱体,且方向相反;随着内孤立波振幅的增大,各段圆柱体所受内孤立波最大水平作用力也相应地增大;密度跃层处圆柱体所受水平作用力具有相较于其他位置处更为复杂的变化趋势;选用合适的内孤立波理论进行计算能够较好的模拟竖直圆柱体的实际水平受力。     

斜坡面波浪冲击力试验研究及现场资料分析

通过莆田试验站实测资料分析和物理模型试验,对单一斜坡护面板的打击力进行了研究,阐述了斜坡上最大相对波压力和波坦、堤坡坡度以及水深的关系,提出了波压力、波压力打击点位置以及波压力沿斜坡分布的计算公式,并给出了不同累积频率下的波压力换算关系。     

浮冰在规则波和双色波下的运动特性研究

为研究浮冰在波浪下的运动特性,以单个聚氯乙烯（PVC）塑料圆板模拟浮冰,进行了一系列波浪试验研究。在规则波试验基础上,同时研究了双色波条件下的浮冰运动特性。结果显示：规则波条件下浮冰运动幅频响应算子首先随无量纲波长的增大而增大,当无量纲波长大于4.0后,运动幅频响应算子随无量纲波长的变化不明显,且趋于一定值;在双色波条件下,对应频率组成成分的浮冰运动幅频响应算子与规则波条件下随波长的变化规律一致。根据部分规则波试验结果提出预测浮冰慢漂速度的经验公式,并用已有的试验和余下的规则波与双色波试验结果进行验证。结果表明,经验公式对规则波和双色波条件下的浮冰慢漂速度的误差在20%以内,预测结果吻合较好。     

四脚锥体护面在不规则波作用下的稳定性

对于用四脚锥体作护面的斜坡式防波堤进行了不规则波与规则波的对比试验。试验结果表明规则渡的等值波高应为有效渡高的1.24倍。此外,在本文中还探讨了入、反射波分离的方法,波浪周期对块体稳定性的影响以及堤体的反射率等问题。     

风浪试验方法探讨

本文对风浪试验研究方法中存在的问题与不足进行了探讨。首先，对比分析了天然风浪与试验风浪的风场差别，给出了二者特征风速间的换算关系；其次，采用人工风与不规则生波机相结合来生成与模拟风浪，延长了风区长度；最后，通过浅水波能谱试验，说明了推广与应用试验研究的价值和意义。     

海洋工程试验中多单元造波机波浪模拟方法

由若干独立摇板组成的多单元造波机已经成为实验室研究波浪及其与海洋工程结构物相互作用的重要设备.介绍海洋深水池双边多单元造波机及其模拟波浪的方法,通过物理试验对所模拟的长峰规则波、不规则波和三维短峰波进行初步的试验研究.模拟波浪的时域和频域分析结果表明利用双边多单元造波机能够生成良好的长峰波浪和三维短峰波浪,所模拟的波浪能够满足海洋工程试验的要求.     

ENDECO-956型波浪跟踪浮标系统在自由漂浮状态下测波的现场试验

1984年7—8月份,我们在黄河口用ENDECO—956型波浪跟踪浮标系统做测波实验,漂移浮标测的波浪统计参数与锚碇浮标测的是比较一致的。试验结果表明:ENDECO浮标系统可以用于大洋中测波。     

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。     

内孤立波数值模拟方法研究

本文选用RNGk-ε湍流模型封闭二维不可压缩N-S方程组,选用KdV、mKdV理论作为输入条件进行内孤立波造波模拟。运用流体模拟软件Fluent建立二维内波数值水槽,用动网格手段实现网格变形模拟物理边界造波法,用VOF方法进行密度分层流体的内界面追踪,对不同非线性强度的二相流内孤立波进行了数值模拟。并将数值模拟结果与KdV、mKdV理论波形以及内波试验水槽所造内孤立波进行对比,验证了此套造波方法在Fluent中进行内孤立波模拟的可行性。