波浪数值模拟的可视化研究

研究了数值计算中对波浪场数据进行处理的可视化系统,利用VB和MATLAB混合编程实现了数值模型计算边界条件的输入以及计算结果数据的可视化处理问题,并介绍了系统实现的操作过程。有效提高了数值计算结果的分析效率,对改善分析计算的工作环境有积极的意义。     

水下圆形浅滩附近波浪绕射的计算

采用波数矢量无旋和波能守恒方程对圆形浅滩附近水域波浪绕射进行了数值计算,计算模型中采用Ｂａｔｔｊｅｓ关系与波数矢量无旋,波能量守恒方程一起联合求解圆形浅滩附近水域波浪折射影响下的波浪要素。本文的数值计算模型对圆形浅滩水域波浪折射绕射现象的验证结果表明,计算所得结果与试验结果是吻合的,数学模型是可靠和合理的,具有实用价值。     

基于海量海底地形数据的存储和可视化研究

针对海量海底地形数据的存储和可视化的技术难点,提出一种基于细节层次模型的处理技术。使用这种技术,可以对海底地形模型进行有效的管理。通过实验证明,使用细节层次模型技术可以对海底地形模型进行高效绘制。     

西沙,硇州台风波浪的一种计算方法

为了对南海西北部近岸及浅水台风波浪进行计算,本文选择了个台风影响西沙或硇洲时期的两站水文气象资料;用多元回归分析方法建立了这两站的两种不同形式的台风波浪计算公式及周期计算公式;并把这些计算公式做为南海西北部近岸的台风波浪计算模式。     

近岸区波浪场数值模拟的研究与进展

地国内外近年来近岸波浪场数值模拟的几个主要计算模式的研究和进展概况进行了较为系统的阐述,首先对工程实际中经常使用的线性模型和非线性模型的发展,包括其范围、求解途径等方面进行了评述;然后,在论述波浪共存时波、流场耦合计算的基础上,重点总结了在近岸区存在流场时的模拟方法,最后指出了几个可能的可能趋势。     

胶州湾的波浪数值计算

本文利用波浪方向的能量分布概念和公式,计算了胶州湾多年一遇的设计波浪要素,并绘制了整个胶州湾主要方向50a一遇波高和周期的分布图.由此可以了解胶州湾波浪的地域特征和方向差异.     

浮筒的波浪力计算

本文研究了浮筒在漂浮状态时波浪力的计算方法，导出了考虑有限波幅影响的波浪力计算公式。为了验证本公式的可靠性，对５００吨浮筒模型在上海交通大学船池中进行了模型试验     

圆形数值波浪水池斜向和多向入射波浪模拟研究

为了研究斜向入射波浪,基于三维不可压缩两相流模型,开发了一套圆形数值波浪水池数值模型。在圆形波浪水池中,通过源项造波法成功生成了任意入射方向的波浪,并且利用人工摩擦项模拟阻尼区以数值耗散反射波浪。模型基于嵌入式多块网格体系,采用FVM法(finite volume method)离散Navier-Stokes方程,VOF法(volume of fluid)追踪自由水面。试验结果表明,斜向入射波浪的模拟结果与理论值基本一致,圆形波浪水池在模拟斜向入射波浪时,有效区域的面积较传统波浪水池显著增大,而且有效区域受波浪入射角度的影响也较小。同时,通过叠加多列斜向入射波浪,模拟出了多向交叉波列,并通过与理论结果对比,发现其具有较高的精度。     

波浪冲击过程流场变化特性试验研究

利用瞬态全场测量技术———粒子图像测速(PIV)技术,研究了波浪对透空式建筑物上部结构冲击过程的流场变化特性。通过对采集到的CCD图像互相关分析,直观地显示了波浪冲击作用发生时结构物底面的流场状态,得到瞬间全场流体水质点速度矢量,并且应用概率分析法研究了冲击压力峰值与波浪水质点运动速度之间的关系。     

直接在网格点上作波浪折射的数值计算模型

从波向线微分方程和波散因子微分方程出发,进行波浪折射角θ和波散因子β的数值计算。在计算模型的设计上,建立了可在八个方向上作外推计算的统一公式,对计算点和计算方向实施了选择控制和扫描循环控制,可在复杂地形情况下算出结果。通过对地形模型和老黄河口海区的试算与比较,指出该方法可在实际中应用。     

一种实体嵌入的三维海浪可视化方法

针对实体嵌入对海面的随机干扰问题,提出一种海浪三维可视化方法。该方法采用扰动的思想改进了海浪的数学模型,并利用信息更加全面的方向谱描述海浪,进而将方向谱和改进海浪模型共同应用于海浪的三维可视化,形象展示实体嵌入时对海浪的随机性影响,并给出了三维实体的建模方法。通过多组实体嵌入的海浪可视化仿真试验的比较与分析,验证了本文提出方法的有效性。     

平面二维流场中质点运动的可视化

对平面二维流场中质点运动的可视化进行了研究,提出了一种适用于三角形非结构化网格系统中质点运动轨迹的跟踪算法,利用数值计算方法的稳定性限制条件对质点位置的搜索算法进行了优化,极大地降低了算法的时间复杂度,提高了计算效率,采用Shepard插值法求解质点的速度,四阶龙格库塔方法积分质点的运动轨迹,选用Visual Fortran语言实现了质点运动的动态显示,将本文方法与平面二维潮流模型相结合,用于渤海潮流场中质点运动规律的研究,初步得出了渤海中质点运动和水效换的一些规律。     

变浅作用下的长周期重力波的实验研究

利用大型水槽设计了在由深水到近岸不同坡度处海浪在变浅作用下诱导产生的长周期重力波的实验。正态随机海浪在深水生成并沿斜坡向浅水传播,记录了不同水深处波面高度随时间的变化过程并进行统计分析和谱分析。实验数据分析结果表明,长周期重力波的能量随着水深的变浅而增高,其谱锋频率位于0.2~0.3fp附近,这里fp是深水正态海浪过程的谱峰频率。长周期重力波的能量与入射波的能量比与波面高度分布的偏度密切相关。进一步分析了两种波动的能量谱峰值比和波面高度分布偏度的相关关系,获得了经验关系,为预测近岸浅水长周期重力波提供了科学依据。     

用两种不同方法计算淀山湖风浪

对淀山湖进行了风场和风浪场的现场观测。分别利用规范公式和SWAN模型计算了湖区风浪场的波高,并将计算结果和现场观测值进行了比较,比较说明两种方法的计算结果存在比较明显的差别。可为今后的相关工作提供借鉴和参考,并可为淀山湖的进一步治理积累必要的工作基础。     

海浪方向谱阵列资料实例分析

根据傅氏级数展开法和贝叶斯方法,对现场获得的阵列资料进行了方向谱实例分析。结果表明,实测风浪方向谱能量的相对分布与相应的波场类型密切相关。涌浪和由稳定风场引起的风浪方向谱各组成波能量相对于方向呈单峰对称分布。大风引起的风浪方向谱能量的相对分布,虽也近似为单峰,但对称性差。不同波场类型的风浪方向谱各组成波的谱密度极值方向不同,表明不同频率的组成波有不同的主方向。     

A Calculation Method for Incidence and Reflection of Irregular Waves Along Seawalls

Some researches have been made in this aspect.In the method by Walton Jr.(1992),incidentwaves are supposed to be the overlapping result of M component waves with different frequencies whichmay take different directions,the direction of incident waves should be available in advance,but in fact thedirection of incident waves is not available.In our study,incident waves are supposed to be composed ofM overlapping component waves with different frequencies,and different frequencies have different direc-tions.Based on the irregular wave reflection theory,the calculation formulas of wave direction,complexamplitude of incident waves,and complex amplitude of reflected waves in surface which are composed ofcomponent waves are derived by means of discrete Fourier transform.Then,the frequency spectra of inci-dent waves and reflected waves and the reflection coefficient of waves with corresponding frequencies areobtained.Verification of the method and the calculation results from in-situ measured data indicate thatt     

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.     

A Study on the Spectral Form of Nearshore Water Waves

- The spectral form of wind waves is investigated based on the ocean wave data observed at three nearshore stations of Taiwan. In this study, the generalized forms of Pierson-Moskowitz spectrum and JONSWAP spectrum are used to describe the local wave spectrum by selecting suitable spectral form parameters. It is shown that, at a specific site, the similarity of wave spectral form exists. Thus it is possible to use a representative spectral form for a given nearshore region to describe the wave spectrum at this nearshore. On the other hand, the effects of relative water depth on spectral form are examined. The feasibility of two spectral models in finite water depth is evaluated by using the same field wave data.