船体曲面几何表达及水动力性能计算的NURBS方法

采用非均匀有理B样条(NURBS)对船体曲面形状进行几何表达,所生成的网格直接用于后续的有关船体水动力性能计算工作中。对Wigley船型的线性兴波阻力和斜航操纵运动的船体,结合近似的Kutta条件作了相应的数值计算,从与试验结果的比较来看,该方法具有较好的工程精度,对船舶及海洋工程领域中的计算机辅助设计(CAD)与计算流体动力学(CFD)之间的相互集成,具有推动与促进作用。     

开孔沉箱与斜向波作用的理论研究和实验验证

应用透空壁内流体速度与壁两侧的压力差成正比的线性模型,研究了无限多个开孔沉箱在斜向波作用下的反射问题。整个流域被分成无限多个子域,在每个子域内应用特征函数展开法对速度势进行展开。对于沉箱内的波浪运动,根据沉箱位置引入相位差概念。在构造反射波模型时,考虑了结构物几何形状周期性的影响。结果表明,当孔隙系数无限大时,开孔墙前后的速度非常接近,反射系数符合能量守恒定律。在低频入射波作用下,沉箱越短,其反射系数越小,反射系数随着角度的变大而减小。     

质量比对柔性立管涡激振动影响实验研究

质量比是影响海洋立管涡激振动的一个重要因素.通过在室内物理实验中使立管模型内部分别充填空气、水和沙来改变立管的质量比,从而研究质量比对柔性细长立管涡激振动的影响.实验结果表明:在相同流速下,质量比大的立管模型所激起的模态更高.在低约化速度区域,空管和水管的涡激振动响应频率与涡脱落频率相同,沙管的响应频率则与自振频率更接近,三种质量比立管的响应位移较接近;在高约化速度区域,三种质量比的立管模型的响应频率处于自振频率和涡脱落频率之间,但空管的响应频率随约化速度的增大而不断增大,同一流速下,质量比大的立管模型响应位移小,其中空管的涡激振动响应一直处于大振幅的锁定状态下.共振区域对应约化速度的范围随着质量比增大而减小.     

三根附属控制杆对海洋立管涡激振动抑制作用实验研究

海洋立管的涡激振动会严重影响立管结构的使用寿命.通过室内水槽实验研究在立管模型周围等分布置三根附属控制杆来减小立管涡激振动响应的新型抑制措施.实验中观测了0.24 m/s、0.31 m/s、0.37 m/s以及0.44 m/s四种均匀流和两个极限来流方向下的涡激振动抑制效果.实验结果表明:三根附属控制杆抑制措施可明显降低立管模型的横向振动幅值,但对主管的振动频率改变不大;同时,这一抑制措施对来流方向有较强的适应性,避免了以往单根控制杆在流向发生改变时可能加剧立管涡激振动的弊端.     

One-Dimensional Horizontal Boussinesq Model Enhanced for Non-Breaking and Breaking Waves

Based on a set of fully nonlinear Boussinesq equations up to the order of O（μ^2, ε^3μ^2） （where ε is the ratio of wave amplitude to water depth and ,μ is the ratio of water depth to wave length） a numerical wave model is formulated. The model＇s linear dispersion is acceptably accurate to μ ≌ 1.0, which is confirmed by comparisons between the simulat- ed and measured time series of the regular waves propagating on a submerged bar. The moving shoreline is treated numer- ically by replacing the solid beach with a permeable beach. Run-up of nonbreaking waves is verified against the analytical solution for nonlinear shallow water waves. The inclusion of wave breaking is fulfilled by introducing an eddy term in the momentum equation to serve as the breaking wave force term to dissipate wave energy in the surf zone. The model is applied to cross-shore motions of regular waves including various types of breaking on plane sloping beaches. Comparisons of the model test results comprising spatial distribution of wave height and mean water level with experimental data are presented.     

海洋中波浪下迎浪驳船运动对两矩形驳船间窄缝内水体共振的影响

A three-dimensional time-domain potential flow model is developed and applied to simulate the wave resonance in a gap between two side-by-side rectangular barges. A fourth-order predict-correct method is implemented to update free surface boundary conditions. The response of an up-wave barge is predicted by solving the motion equation with the Newmark-β method. Following the validation of the developed numerical model for wave radiation and diffraction around two side-by-side barges, the influence of up-wave barge motion on the gap surfaceresonance is investigated in two different locations of the up-wave barge relative to the back-wave barge at various frequencies. The results reveal that the freely floating up-wave barge significantly influences the resonance frequency and the resonance wave amplitude. Simultaneously, the up-wave barge located in the middle of the back-wave barge leads to a reduction in the resonance wave amplitude and motion response when compared with other configurations.     

部分反射直墙前二维物体的绕射和辐射问题

基于映像理论将部分反射直墙前物体的散射问题,等效于开敞水域中原物体的散射和关于直墙映像体散射的线性叠加进行求解。采用高阶边界元方法建立了部分反射直墙前二维任意形状物体波浪绕射和辐射问题的数值分析模型,通过与已发表的海底方箱和淹没圆柱结果的对比验证了数值模型的准确性。应用该模型研究了直墙反射系数幅值及相位、方箱与墙间距离等参数对水面方箱上波浪激振力、附加质量和辐射阻尼的影响。结果表明：直墙反射系数幅值越大,波浪激振力、附加质量和辐射阻尼的波动越大,附加质量在一些频率下出现负值;相位角的变化会改变波浪激振力、附加质量和辐射阻尼曲线的偏移,在低频区对升沉附加质量有显著影响;方箱距离直墙越远,方箱上的波浪激振力、附加质量和辐射阻尼随波数振荡的频率越快,峰值频率向低频侧移动。     

双色波引起的碎波拍的数值研究

碎波拍是指在近岸水域沿海岸线正向传播、周期为0.5~5.0 min的波浪.碎波拍是近岸低频波浪的一种,最早由Munk[1]和Tucker[2]独立观测到并命名.     

基于二阶时间步进法数值波浪水槽研究

基于势流理论和时域高阶边界元方法,建立了三维完全非线性数值波浪水槽模型.利用源造波法产生入射波浪,应用五阶斯托克斯波理论给定波浪速度;采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,将二阶泰勒级数展开法应用于更新下一时间步的波面和速度势;通过加速势的方法准确计算自由水面速度的法向导数和物面速度势的时间导数.对完全非线性波浪进行了模拟,得到了稳定的波形.当波浪非线性较小时,与四阶Runge- Kutta法(RK4)计算结果和五阶斯托克斯波理论解均吻合良好;随着波浪非线性的增大,计算结果误差逐渐增大.通过数值试验分析,在满足精度要求的基础上,本方法计算时间略大于四阶Runge- Kutta法的四分之一,大大减少了计算量.     

底铰摇板式波浪能装置水动力性能解析研究

对底铰摇板式波浪能装置的水动力性能进行了解析研究,基于受约束浮体线性化运动方程,获得小幅线性波作用下装置动力响应和转换性能的解析解;采用解析解计算分析了水深、厚度、密度和PTO阻尼值四个参数选取对装置转换性能的影响.研究结果表明,底铰摇板式波浪能装置具有较宽的频率响应范围;在低频区,水深较大时装置俘获效率较高,而在高频区,水深较小时装置俘获效率较高;系统性能受摇板厚度的影响非常小;密度较小的摇板在高频区性能较好,而密度较大的摇板在低频区性能较好;设置恒定PTO阻尼的情况下,装置性能受FTO阻尼值影响显著,当FTO阻尼取低频辐射阻尼时,装置的俘获效率与满足阻尼匹配条件的情况基本相同;当采用的PTO阻尼与低频辐射阻尼值差别较大时,系统的俘获效率显著降低.