高桩挡板透空式防波堤消浪性能数值研究

以RANS方程为控制方程,基于有限体积法,在动量方程中添加源项,建立了具有造波‐消波功能的数值波浪水槽。利用建立的源项造波数值波浪水槽,模拟了高桩挡板透空式防波堤在规则波作用下的消浪效果,完整地再现了堤前堤后的流态,分析了挡板相对入水深度对透浪系数的影响。在与试验值及拉帕公式对比后发现,数模计算结果与试验值较接近,拉帕公式偏大。研究了堤顶相对宽度、相对水深、相对波高对透浪系数的影响并提出修正公式,修正公式与计算值和试验值吻合较好。     

欧拉模型模拟波浪的抑制数值耗散效应的一种简单方法

数值波浪水槽是研究波浪及波浪与结构相互作用的常用工具,可在真实尺度下产生波浪,并提供流场的详细数据。然而,大部分数值波浪水槽都存在数值耗散和数值色散问题,数值耗散使波能缓慢消散,数值弥散在波传播过程中使波频移。本文在有限差分法（FDM）求解欧拉方程的基础上,提出了一种抑制数值耗散效应的简单方法,考虑阻尼项的影响,对波的传播解进行了解析求解。该方法的主要思想是在动量方程中附加一个源项,其强度由数值阻尼效应的强度决定。本文通过对规则线性波、Stokes波和不规则波的数值模拟,验证了该方法的有效性。结果表明,本文方法可有效减小数值波浪水槽中存在的数值耗散现象。     

孤立波与直墙式多孔介质结构相互作用数值分析

以连续性方程和雷诺平均方程为控制方程,用k-ε模型封闭方程组,采用VOF方法追踪自由面,建立了具有造波和消波功能的二维孤立波数值水槽。并基于改进的Darcy多孔介质模型研究了二维孤立波与直墙式多孔介质结构的相互作用问题。数值分析了孤立波与直墙式多孔结构相互作用引起的流场和波形变化特性,并与文献中的实验结果进行了比较,数值结果与实验结果吻合良好。     

复杂结构形式的海堤波浪力及波浪形态数值模拟

依据雷诺方程和k-ε紊流模型,按流体体积(VOF)法追踪波浪自由表面,采用源造波法,建立数值波浪水槽,数值模拟波浪对复杂结构形式海堤的作用.数值模拟结果与经验公式、物理模型试验结果基本符合,说明所建立的数值波浪水槽合理可行.揭示了不规则波作用下复杂结构形式海堤波浪力分布规律,模拟了堤前波浪形态变化,为探讨合理的海堤结构形式提供了依据.     

直立式防波堤迎浪面波压力计算研究

以Navier-Stokes方程为控制方程,使用VOF方法追踪自由液面,由连续性方程和动量方程推导出源函数。基于非线性波浪理论和UDF对FLUENT进行二次开发,在数值水槽的各个功能区将不同的源项添加到动量方程中,实现动量源造波和消波的功能。此法可以有效地消除波浪在水槽出流边界的反射及波浪遇到结构物后在入射边界形成的二次反射,从而得到稳定的波动场。本文将这种方法应用于直墙防波堤上波浪压力的数值模拟,分析了造波和消波的有效性,对直立式防波堤波浪力进行了数值研究。为了得到更精确的结果,采用结构化网格和非结构化网格相结合,在直墙防波堤附近使用三角形网格,在其他区域使用四边形结构化网格,为了较好地捕捉自由液面,在液面上下一个波高的范围内对网格进行加密。将计算结果与二阶stokes波理论解进行对比,该方法计算结果与理论解一致,表明该方法能够产生历时较长的稳定的非线性规则波浪,能够很好地吸收波浪遇到建筑物产生的反射波,可以有效消除建筑物反射波的影响,为实际工程方案的设计提供参考,有较高的实用价值。通过计算得到极端高水位,设计高水位,设计低水位时候的各个测点的最大正向波压力和最大负向波压力,并将计算结果与物理模型试验数据和经验公式结果进行对比,结果吻合较好。并且由于该数值方法可以考虑防波堤迎浪面不同倾角的工况,其适应范围比经验公式范围更广,因此可以为海岸结构设计提供依据。     

海洋工程中直立圆柱波浪爬升问题的数值研究

本文基于Navier-Stokes方程和连续性方程,利用VOF方法捕捉自由液面和松弛造波法实行造波,建立基于黏性流体理论的三维数值波浪水槽,并在该数值波浪水槽内对圆柱周围的波浪爬升效应进行数值模拟。选用两种不同的波浪参数,探讨波陡参数对柱体周围的波浪爬升效应及其所受载荷的影响。与势流模型相比,本文采用的黏性流模型可以较好的捕捉实验中出现的二次波峰现象。计算表明,本文建立的数值水槽可以较好用于直立圆柱波浪爬升问题的计算。     

带胸墙斜坡堤越浪量的数值试验研究

采用黏性流体的连续性方程、雷诺时均N-S方程作为基本控制方程,RNG k-ε模型模拟湍流效应,VOF方法捕捉流体自由表面,结合主动吸收式造波理论,借助FLUENT软件建立二维不规则波数值水槽。在验证数值水槽造波性能的基础上,数值模拟带胸墙斜坡堤的越浪,并将数值计算的平均越浪量与已有物模试验值进行对比,两者趋势一致,吻合良好;表明该数值水槽模拟不规则波作用带胸墙斜坡堤越浪的准确性。针对带胸墙斜坡堤,藉此分析了堤顶超高、斜坡坡比、坡肩宽度及坡肩高度对其平均越浪量影响的规律性,研究成果对斜坡堤工程设计具有重要的参考意义。     

破碎波作用下圆端形桥墩受力特性数值模拟

当波浪由外海向跨海桥梁所在的近岸海域传播时,随着水深急剧变浅,波浪会发生破碎。强非线性的破碎波会给桥墩结构带来极大冲击作用。基于计算流体力学(CFD)数值软件Flow-3D建立三维数值水槽,造波边界设为斯托克斯五阶波。通过在数值水槽中建立逐渐浅化的三维地形,采用k-ω湍流模型求解雷诺平均N-S(RANS)方程,模拟破碎波冲击桥墩。与前人水槽试验及数值模拟结果进行比对,验证数值水槽的有效性。采用验证过的数值水槽,研究了不同入射波高和周期下的破碎波浪特性,计算了不同长宽比圆端形桥墩在不同入射波高的破碎波作用下受力和流场变化,讨论了最大压强作用点、准静态力和冲击力随桥墩长宽比的变化规律。研究表明:与前人试验和数值模拟相比,所建立的数值水槽具有较高精度;圆端形桥墩破波力随桥墩长宽比增大,先增大后趋于稳定,破波力峰值随着入射波高的增大而增大,同时,圆端形桥墩破波力峰值主要由冲击力控制。进行跨海桥梁圆端形桥墩设计时,应重点关注桥墩长宽比和破碎波冲击力的影响。     

数值波浪水槽消波器的改进与检验

数值波浪水槽技术是一种新兴的水波动力学数值模拟技术, 它能够实现水波现象的精确模拟。作为数值波浪水槽的一个重要功能, 消波技术被用于消除传入波浪在水槽末端的反射效应, 以防止反射波对有效实验区域的污染, 从而保证特定要求的水波实验的精确性。目前被广泛采用的消波技术可分为阻尼消波区和主动消波器两类。     

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。     

波群内单个波的波陡分布与波破碎

对波群内单个波的波陡分布和波破碎进行了实验研究。研究结果是,波群中波动的最大振幅出现在波群前部而不是出现在波群中央,这种不对称性导致波群前部单个波出现大波陡的概率大于后部单个波出现大波陡的概率;进一步的波破碎统计发现波群前部单个波破碎的频率是后部单个波破碎频率的4倍。因此认为,波群结构的不对称性能够导致单个波发生破碎的...     

Application of VOF in Calculating Wave Energy Loss due to Spilling Breaker

- A large amount of experimental analysis and systematical theoretical calculation has been done by the authors to solve the problem of wave transformation and breaking, considering the effect of both current and topography, but only the wave energy loss due to spilling breaker in the surf zone has been discussed in this paper. Based on test result analysis and calculation with the Stream Function Wave Theory, the wave velocity field at breaking points has been obtained, and it is used to calculate the wave heights after breaking by the VOF (Volume of Fluid) method, in which the governing equations are continuity equation and Navier-Stokes Equation for imcompressible fluids. In the present paper, the improved VOF technique is used to calculate the wave heights of stable regular waves after breaking. Results fit the test data well, which shows that the VOF method is suitable to numerical simulation of regular waves after breaking. Besides, the breaker coefficient B of regular waves in the bore model is a     

台湾海峡及其邻近海域灾害性海浪的时空分布

据１９６６～１９９３年台湾海峡及其邻近海域灾害性海浪观测资料的统计分析得出,东海灾害性海浪平均每年出现１１．４６次,台湾海峡为７．２９次,台湾以东洋面及巴士海峡为１０．１１次;该区灾害性海浪出现次数有显著的年际和月际变化。这些结果可为台湾海峡区域海洋学的发展提供有意义的素材,也为防灾减灾,做好灾害性海浪短期预报和中、长期预测提供一条有效途径。     

近40年中国近海波浪数据库的建立及极值分析

采用TOMAWAC模型模拟近岸40年的波浪要素。波谱计算采用36个方向,模拟波周期范围为1.5～29 s,并对极值波况进行分析。统计了1979—2018年间有效波高的年极值,算得百年一遇的有效波高,发现百年一遇波高由北往南总体呈现增大趋势:渤海和黄海的百年一遇的波高不超过10 m;东海百年一遇的波高在15～22 m之间;南海北部百年一遇波高的范围比较大,靠近台湾部分最大达到了22 m,海南岛西部较小,在10～15 m之间。引用SET值相关指标对极端波浪的发生次数、持续时间和强度进行分析,发现渤海、黄海北部、台湾海峡以及南海西北部极端事件频繁发生,平均每年有5～7次,台湾岛西南部极端事件的平均历时最大,达到了32 h。     

近岸水域波浪变形数学模型

本文采用波数矢量无旋和波能守恒方程建立了一个近岸水域波浪变形数学模型,模型中采用Ｂａｔｊｅｓ关系与波数矢量无旋,波能量守恒方程一起来求解近岸水域波浪折射绕射的联合影响的波浪要素。利用本文提出的数学模型对一个斜坡浅滩水域波浪折射绕射现象进行了验证,结果表明本文提出的近岸水域波浪变形的数学模型是可靠的,计算所得结果与试验结果是吻合的。     

规则波和不规则波作用下消波建筑物前的波高分析

消波建筑物在国内外已得到广泛应用。本文采用近似方法分析了明基床上直立式消波建筑物前的波高及消波室内的波高，从而确定建筑物的消波效果。并在规则波的基础上将成果推广至不规则波作用下的情况。     

Wave Breaker Indices in Finite Water Depth

Based on the analysis and comparison of wave breaker indices defined by geometric, kinetic as well as dynamic stabilities and verified by observation, the value a, which is equal to H / Lthkd by Miche's result and may be modified by Goda's results, is" suggested as the wave breaking criteria. The applicable values of a for pure waves or wave-current co-existing field are given in this paper. They are smaller than Miche's result (0.142), and they have been verified by model tests.     

南麂站定常波风浪波高与风速的经验关系

本文以南麂海洋站１９８３～１９９０年风、浪的实测资料为依据，建立了南麂海城春、夏、秋、冬季定常波风浪波高与风速的经验关系式。检验结果表明，曲线回归显著，计算值与实测值吻合良好。文中还对偏ＮＮＥ向和偏ＳＳＷ向计算波高随风速增大的快慢，同一方向在同一风速作用下计算波高的季节变化及其机理作了初浅的讨论。     

中国近海2012年灾害性海浪分析及2013年预测

总结分析了2012年中国近海有效波高≧4 m的灾害性海浪过程及灾情概况,并对2012年度的预测结果进行了检验评估。依据1968—2012年有效波高≧4 m的灾害性海浪的统计资料,结合2013年副热带高压及热带风暴的分析预测资料,预测了2013年中国近海灾害性海浪过程的出现次数,以及分海区的出现天数,预测结果可为今年的海洋防灾减灾提供技术支持。     

Reflection of Short Waves

—According to the energy equation,the relation between reflection and energy losses for shortwaves from mild beaches is established and analysed.A reflection coefficient varying with position and en-ergy losses is proposed.Different reflection tests are conducted to check the theoretical analysis.A modi-fied method to estimate the reflection coefficient at varied water depths is suggested based on the linearwave theory.The study indicates that the reflection coefficient from mild beaches has a changing trend forshort waves approaching shoreline.