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。     

采用波能法计算沙质海岸输沙率

本文介绍了采用波能法计算沙质海岸输沙率。通过实例计算,对各种方法进行了评价,并把计算结果与实测地形进行比较,从而找出计算输沙率的最佳公式。并且对规范法和美国SPM法编制了计算程序,对某港附近岸滩输沙进行了计算,其结果与地质地貌调查研究的结论相符,因而已被工程实践所采用。     

半潜平台总体强度评估的谱分析法和设计波法对比

采用谱分析方法对半潜平台进行总体强度评估,验证了谱分析方法的可操作性。利用谱分析法计算平台关键连接部位处的应力水平,并与采用设计波法得到的应力结果进行比较,讨论两种方法之间的相关性。计算表明,谱分析法与设计波法存在一定的相关性,谱分析法的计算结果相对准确可靠,设计波法的计算精度依赖于选取的特征载荷工况,且目前规范推荐的载荷工况不够全面。本研究成果可为类似平台的总体强度分析提供参考。     

计算规则波中系泊浮体运动响应的能量法

本文根据广义迦辽金法原理,提出了在规则波作用下计算系泊浮体运动响应的能量法,系泊系统是非线性的,波浪则采用线性化势波理论,流体是无粘性不可压缩的理想流体。将计算结果与实验结果作了比较,两者符合。     

近岸浅水波的计算

采用理论推导与实验资料验证相结合的方法对近岸浅水波衰减计算进行研究。研究表明，波浪与浅水区运动传播衰减是各种能耗共同作用的结果，为此总结了分子粘性能耗、湍流能耗、底部渗透能耗、底部摩擦能耗、软泥海底弹性能耗等，由建立波能流平衡方程出发进行理论推导，得出各种能耗影响下波浪衰减的计算公式，并将该理论公式与作者１９８０年波浪水槽试验资料比较，两者基本吻合，可适用于线性及非线性各种波能耗情况的计算。     

关于立波压力计算公式的探讨

本文比较了直立堤上立波各理论解的波浪压力计算值,并引用一些试验数据验证其符合程度。计算表明,森弗罗公式与其它各理论解及实验值的差别较大,而欧拉坐标的一次近似解却能包络大多数实测数据而不至于偏差过大。与合田法对比其相对值大体相当,绝对值则小于10～30%.苏联新规范的立波公式与我规范值相比则小10～35%.因而以欧拉坐标一次近似解作为立波压力公式是适宜的。     

浅水立波压力的试验研究

关于直立墙前的立波压力,自1928年法国工程师森弗罗在椭园余摆线波理论的基础上求得数学解以来至今已有很多的理论计算方法。但是这些理论计算的结果有的互相之间相差较大,目前由于原型观测和模型试验技术的不断开展,对进一步校核这些理论的正确性和使用条件,并探讨新的计算方法更加引起了各国学者注意,特别是对直立墙前的浅水立波压力的试验研究。它将直接对直立式水工建筑物的设计产生较大的影响。因此本文选用了1979年在标定波浪水槽性能的试验中测得直墙前立波压强度,以及垂直分布情况的部分资料进行了整理分析,与几种理论计算方法和我国规范方法的计算值进行了比较探讨,其结果如下。     

流体体积法（VOF0在崩波破碎波能损耗计算中的应用

利用改进后的ＶＯＦ方法计算规则波破碎后形成的稳态波高，计算与实验结果吻合良好。     

南海长周期波的传播计算

基于Sverdrup-Munk有效波理论，选取了1990－2000年间的南海水文气象资料，阐述了南海涌浪传播的特性和规律，并建立了南海涌浪的计算公式，计算结果表明计算值与实测值无系统偏差。     

非线性波的计算及其应用

本文在L.W.Schwartz的关于定常二维非线性波算法基础上,提供了适用于有限水深的五阶非线性波的简化算法。该算法可以方便地用于海洋结构物波浪载荷的计算,具有工程上可以接受的精度。当前,海洋结构物波浪载荷的计算,仅限于线性波理论,有时是不能满足工程需要的。许多非线性波的算法占用计算机内存大,耗费机时多,作为海洋结构物波浪载荷计算的子程序,应用上不方便。本文的研究工作旨在简化非线性波的计算,尽可能的压缩关于波动海面下流场计算的计算机子程序的规模。     

用初参数法计算桩的内力和位移

本文用初参数法对成层地基中的桩在侧向荷载下的内力与位移进行分析。由于侧向抗力系数 k 沿深度变化,再考虑到桩的入土段的抗弯刚度也改变时,现行的计算方法将十分费事.本文的解法。首先将它的入土段分成 N 个小段,对于每一小段都看成抗弯刚度 EJ_i 与抗力系数 K_l为常量的柱;然后给出每一小段用初参数表示的解,再利用各段之间的连续条件,给出内力与位移的一般表达式,并最后将问题归结为一个二元一次方程组的求解。从而使多层地基中桩的内力计算得到很大简化。文末还将本方法与其他方法的计算实例作了比较,说明该方法有较高的精度。对于非成层土基中的桩,不管取用何种侧向抗力系数模式,采用本文的方法时也是十分简捷的。     

关于立波波谷压力公式的探讨

本文比较了直立堤上立波波谷压力各理论解的波浪力计算值,并引用实验数据验证其符合程度,评述其合理性。指出森弗罗公式的波谷压力分布图式不甚合理,提出了建议的波谷压力分布图式,供设计参考采用。     

水平圆柱上波压力的非线性分析

本文运用二阶斯托克斯波浪理论和非线性补偿流理论,对水平圆柱上波压力的水平分力进行非线性分析。根据实测的最大水平分力及其相位角的试验资料,确定水平圆柱的惯性系数、阻力系数及其比值,得到了它们沿水深变化的函数关系式,为水平小直径圆柱上应用莫利逊公式计算波压力的水平分力提供了可能性。     

作用于直立堤上的波总压力概率分布

长期以来,海浪与直立堤的相互作用问题一直是海岸工程研究中为人们所重视的课题之一.至今,在工程设计计算中,关于海浪对直立堤作用的波压力计算方法,大都仍采用规则波的研究结果.几十年来,通过实验室和液体波动理论进行了大量的规则波与直立堤相互作用的研究,提出了相当数量的试验与理论成果,其中目前较为广泛采用的有森佛罗(Sainflou)、米许(Miche)-贝塞尔(Biesel)等一阶及二阶近似立波压力方法.     

圆形沉箱防波堤波压力的试验分析

通过断面物理模型试验,获得了圆形沉箱结构直立堤在各种工况组合下,承受水平波压力、底部浮托力的大量数据信息。对这些数据进行了分析总结,得出了有关圆形沉箱直立堤波浪力的分布规律。     

基于矢量磁异常三维成像的隐蔽目标探测

磁场异常探测是隐蔽目标探测领域一项重要的探测技术,磁传感器技术的进步促使磁矢量探测成为当前热点。然而有关矢量磁异常的目标定量探测方法讨论较少,关于磁矢量探测与磁标量探测的差异性众说不一,存在巨大争论。基于矢量磁异常三维成像的隐蔽目标精确探测方法,讨论磁标量探测与矢量探测的差异性,并通过仿真实验与实际案例讨论了矢量磁异常的探测效能。研究表明：矢量磁异常三维成像能够更准确地探测隐蔽目标的三维空间分布与目标磁性特征,能够为隐蔽目标位置圈定以及目标类型识别提供依据。     

三维极限波的产生方法及特性

极限破碎波浪是造成海洋结构物破坏的主要因素之一,对极限波浪的产生方法和特性进行研究具有重要的工程意义.利用长波传播快、短波传播慢的原理,从理论上给出了产生三维极限波的方法,利用基于Boussinesq方程的数值模拟对该方法进行了验证,同时研究了中心频率、频率宽度和频谱形式等对极限波浪特性的影响,为该方法的进一步应用提出了建议.     

不规则波对平板护面单坡堤的波压力试验研究

通过模型试验和资料统计分析，选取了计算不规则波作用在平板护面单坡堤上的波压力计算模式及其沿斜坡的压强分布计算方法。应用本文所提供的换算系数，可求得各累积频率的波压力     

三维海流计算的一个方法

我们曾应用有限元方法计算台湾以东海域黑潮的流速分布^[1].由于问题是三维的,又是四个未知量(u,v,w,p),当计算较大的海域时,应用有限元方法得到最终的大型稀疏方程组的阶数甚高,相应矩阵的带宽较大,方程组又是非对称的,因此求解这样的方程组必须在容量较大、速度较快的大型电子计算机上进行.有没有别的方法避免这个困难呢?这就是本文问题的由来.