修正型缓坡方程的有限元模型

与缓坡方程相比,修正型缓坡方程增加了地形曲率项和坡度平方项,从而提高了数值求解的复杂性。本文将计算域划分为内域和外域,内域为水深变化区域,使用修正型缓坡方程,其中的地形曲率项和坡度平方项可用有限单元各节点的水深信息和单元插值函数表示,外域为水深恒定区,速度势满足Helmholtz方程,通过内外域的边界匹配建立有限元方程,并用高斯消去法求解。进而分别模拟了波浪传过Homma岛和圆形浅滩的变形,其结果与相关的解析解和实验数据吻合良好,证明了本文有限元模型的正确性。同时,通过与实验数据的对比也明显看出,在地形坡度较陡的情况下,修正型缓坡方程较缓坡方程具有更高的计算精度。     

斜向波浪入射角和反射系数确定方法

在海岸工程和水池实验中常常需要同时确定斜向波浪的传播方向和与海岸结构物相遇时的反射系数。应用三点浪高仪测波和迭代求解方法,建立了同时确定斜向波浪入射角和反射系数的分析方法。通过模拟数值信号,研究了测点不同排列方式、不同波浪入射方向、不同入射频率下本方法的分析灵敏程度。数值研究表明当测点间距指标p和q不同时趋于零时,任何一种排列方式求得的波浪反射系数和波浪入射角均具有很高的分析精度。     

消除"不规则频率"的非连续高阶元方法

针对使用边界元法计算波浪与结构物相互作用时所出现的“不规则频率”现象，采用连续高阶元和部分非连续高阶元对通过修改积分区域所获得的边界积分方程进行离散，有效地消除了“不规则频率”现象的发生。波浪作用下的截断圆柱所受到的水平波浪力和垂向波浪力的数值计算结果验证了该方法的有效性，同时考虑了非连续单元配置点的选择及单元划分数目对消除效果的影响。     

Numerical Simulation of Wave Scour Around A Large-Scale Circular Cylinder

A numerical model is developed for estimation of local scour around a large circular cylinder under vvave action. The model includes wave diffraction around structures, bed shear stress calculation inside the vvave boundary layer and topo-graphical change model. The vvave model is based on the improved Boussinesq equations for varying depth. The vvave boundary layer is calculaled by solving the integrated momentum equation over the boundary layer. The bed shear stress due to streaming, an important factor affecting the sediment transport around a large-scale cylinder, is calculated. The Lagrangian drift velocity is included in calculation of the suspended sediment transport rates. The model is implemented by a finite element method and the results from the present model, which agree well with experimental data, are com-pared vvith those from other methods.     

完全非线性深水波的数值模拟

基于势流理论,并结合深水波质点运动从水面向下呈e指数衰减的特性,建立了完全非线性数值变深水槽模型,通过实时模拟活塞式造波机运动来产生波浪.采用时域高阶边界元法进行模拟,利用混合欧拉-拉格朗日方法和四阶Runge-Kutta方法追踪流体瞬时水面,应用镜像格林函数消除了水槽两个侧面的积分,在水槽末端布置人工阻尼层来消除反射...     

A Higher Order BEM for Wave-Current Action on Structures ——Direct Computation of Free-Term Coefficient and CPV Integrals

1 .Introduction Research on wave action onforward moving bodies or wave-current action on structures is impor-tant in offshore and coastal engineering.For bodies withsimple geometry,analytic solutions have beendeveloped . Matsuiet al .(1991) and Emmerhoff and Sclavounos (1992) derived analytic solutionsforuniformcylinders infinite andinfinite water depth.Bao and Kinoshita (1993) expendedthe theorytotruncated cylinders .In engineering practice ,structures are complexand numerical methods have…     

摆式波能转换装置水动力特性频域分析

基于势流理论,建立波浪与摆式波能转换装置作用的三维频域分析模型。应用数值模型对两种质量的摆式波能转换装置进行水动力分析,在考虑粘性阻尼作用的条件下,计算传动系统的最优扭阻系数。在最佳工况下,开展了波浪频率对摆板运动响应和俘获能量影响的系统研究,给出了波浪最佳频率范围、摆板振幅、能量俘获效率以及摆板表面的波动压强。     

有限长正弦地形上的波浪传播问题研究

应用基于势流理论的频域边界元方法,研究了波浪在有限长正弦周期地形上的传播问题.开展了网格收敛性分析,并与物理模型试验结果做了对比,验证了数值方法的准确性.研究了正弦地形长度和幅度对水波反射率的影响,以及波浪在周期性地形上传播时的沿程波幅变化.研究发现,波浪反射系数随波数的变化及波浪幅值沿程的变化均呈包络状;当频率处于布拉格共振区域边缘且反射率为零时,周期地形上会出现极大的波幅;随海床波幅增大,第一布拉格共振带变宽且向低频移动.     

Spar平台垂荡板水动力特性强迫振动试验研究

采用强迫振动试验的方法,对Spar平台不同振幅和不同振动频率下的附加质量系数和粘性阻尼系数进行了系统研究。分析研究了实心垂荡板和开孔垂荡板对Spar平台水动力特性的影响,并将Spar平台整体模型的试验结果与圆柱体和单独考虑垂荡板时的试验结果比较,结果表明垂荡板结构能有效提高Spar平台的附加质量系数和粘性阻尼系数,在KC=0.2～1.3时,开孔率为5%的开孔垂荡板Spar平台和实心垂荡板Spar平台相比,粘性阻尼有所提高但是附加质量减小。试验进一步研究了垂荡板间距对Spar平台水动力性能的影响,得到了水动力系数随垂荡板间距的变化情况,研究成果对实际工程中Spar平台的优化设计具有一定的指导意义。     

四柱结构波浪绕射模型试验研究

张力腿平台的支撑结构由四根直立圆柱构成,四根支撑圆柱周围波面高度的计算对张力腿平台结构安全以及气隙设计具有重要意义。采用模型试验的方法对四柱结构的波浪绕射问题进行研究。试验中对柱体附近多个位置处的波面高度进行测量,通过对测量数据的统计分析,得到一阶和二阶水面波高分量幅值。为了验证绕射理论在计算波面高度上的适用性,试验结果与数值模拟结果进行了对比。通过对比发现,即使波陡较大的情况下二阶绕射理论也可以很好地对波面高度进行模拟。同时,对发生在多柱结构内部的重要近场干涉现象也进行了观测。在特定的入射频率下,试验中观测到四柱结构内部流体发生明显的共振运动。