一种高频雷达回波谱反演海浪的新算法

在高频地波雷达海浪谱反演问题中,广泛采用的Barrick后向散射公式属于第一类非线性Fredholm积分方程。此类积分方程的解在本质上是不适定的,加之高频雷达二阶回波信号信噪比较低,使得反演海浪谱存在解不稳定的问题。本文提出一种稳定且低复杂度的反演算法,此算法首先根据高频雷达一阶回波谱测量海浪方向,并将其引入积分方程求解过程,减少求解变量的个数,降低反演算法的复杂度。为解决反演结果不稳定的问题,使用Tikhonov正则化方法并利用广义交叉验证法(GCV)确定其正则化系数。通过在不同测试条件下对反演算法的仿真测试分析,表明此方法具有运算量小、稳定性好的特点。     

深水立管设计标准中内波作用的分析与探讨

深水立管的设计、建造以及安装都必须依据相关规范进行,中国当前尚未出台专门针对立管设计的相关标准,现阶段还是以参考国外规范为主。本文首先对立管设计、安装中涉及的相关规范和工业标准进行介绍,论述当前国外API、ABS和DNV设计规范中关于深水立管环境条件及其载荷的相关规定,然后针对中国南海等海域普遍存在的内波现象,分析了内波尤其是内孤立波对顶张力立管的影响,结果表明,内孤立波会引起立管较大的位移以及较高的应力幅值,需要在设计分析中加以考虑。最后对中国在引入API、ABS和DNV等相关规范设计深水立管时提出相应的建议,以期为南海海域油气开发中立管的设计提供参考。     

基于COS-2S模型的ADCP海浪方向谱估计

美国RD公司声学多普勒流速剖面仪(ADCP)使用的波向估计算法是迭代的最大似然算法(IMLM),IMLM可以准确估计出主浪向,但波向估计结果在主浪向以外其他方向上存在由噪声带来的能量分布,使得估计结果变得不准确。设计了基于COS-2S模型的波向估计方法,模型中只含有主波向,算法在准确估计主波向同时有效去除其他方向上噪声带来的能量分布。将一种混合遗传算法(HGA)代替遗传算法(GA)应用到波浪模型的参数求解中,HGA相对GA收敛更快,可有效找出全局最优解。仿真分析和实测数据表明,HGA和IMLM都能准确估计出波浪的主浪向,但HGA可有效去除主浪向以外其他方向上噪声带来的能量分布,HGA比IMLM更加适用于海洋各种噪声存在条件下的测量环境。     

大万山波浪能试验场泊位间水动力影响分析

当前我国近海海域属稀缺资源,波浪能试验场建设须通过合理布局各测试泊位,在保证试验场各泊位可同时正常开展测试工作的前提下,尽量减小用海面积。拉近试验泊位距离,是减小用海面积的直接手段,但在此过程中,必须保证在试验场场址海域水动力环境下,泊位接入测试波浪能装置后,其之间的水动力影响在可接受的范围内。以大万山波浪能试验场泊位设计为例,介绍一种有效的泊位间水动力影响分析方法。方法采用自主开发的二维Boussinesq波浪模型,开展水动力影响分析工作,同时引入相对波高比概念,对泊位接入装置后影响距离和影响面积进行了定量的分析。文中研究得出的分析方法,可用于判定泊位布局设计的合理性。     

基于三轴加速度的波浪测量技术研究

以浮标为载体,以TMS320C6416型DSP处理器、三轴加速度传感器、电子罗盘为硬件电路核心,利用加速度频域二次积分的波高计算方法以及三轴加速度倾角补偿电子罗盘的波向测量方式,进行海洋波浪要素测量技术研究,获取了某一海域不同时段的波浪特征值。     

新型张力腿式储油处理平台的动力响应分析

针对目前小油田早期生产中存在的不足,提出一种适用于浅水海域的新型张力腿式储油处理平台,该平台主要由储油箱、浮箱、吸力桩、系泊链和甲板结构构成,具备原油处理和储存功能。应用非线性时域耦合分析法,研究了有义波高、平均波周期、水深对该平台的运动响应和系泊链张力的影响。计算结果表明,波高对平台动力响应有较大影响,有义波高每增加0.4 m,平台水平位移相应增加0.408 m,而系泊链力随有义波高的增加呈准线性增大;波周期对平台水平运动影响显著,平均波周期从6.5 s逐级变化至8.5 s时,最大水平位移自3.760 m渐增至5.467 m,而波周期对系泊链力影响较小,变化率一般小于10%;该新型平台对水深大于20 m的浅水海域有良好的动力特性,而对水深小于20 m的海域却表现异常。因此,该新型张力腿式平台能满足水深不小于20 m浅海区的油田早期生产需要。     

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。     

内孤立波作用下Spar平台动力响应特性

以三类内孤立波理论(Kd V、e Kd V和MCC)的适用性条件为依据,采用Morison和傅汝德-克雷洛夫公式分别计算Spar平台内孤立波水平力和垂向力,结合时域有限位移运动方程,建立了有限深两层流体中内孤立波与带分段式系泊索Spar平台相互作用的理论模型。以东沙群岛某海域实测内孤立波为对象,数值分析了在内孤立波作用下某经典式Spar平台的内孤立波动态载荷、运动响应及其系泊张力的变化特性。研究表明,内孤立波不仅会对Spar平台产生突发性冲击载荷,使其产生大幅度水平漂移运动,而且还会使其系泊张力显著增大。因此,在Spar平台等深海平台的设计应用中,内孤立波的影响不可忽视。     

长江口洪水期潮波变形数值模拟研究

由长江口现场水文测验资料分析知,洪水期潮波上溯过程中,潮波变形具有先加剧后趋缓的特点。基于非结构网格FVM方法建立大通至外海的大范围数学模型,复演长江口潮波传播过程,以此为基础,研究长江口洪水期潮波变形特征的形成原因。研究认为:洪水期长江口潮波变形转折点位于潮流界上游;转折点下游潮波变形逐渐加剧是由于高低潮位潮波传播速度差异造成的;转折点上游潮波变形趋缓是由于高潮位重力引起的潮波传播阻力对潮波传播影响大于高低潮位潮波传播速度差异造成的。     

An Experimental Study on A Trapezoidal Pendulum Wave Energy Converter in Regular Waves

Experimental studies were conducted on a trapezoidal pendulum wave energy converter in regular waves. To obtain the incident wave height, the analytical method (AM) was used to separate the incident and reflected waves propagating in a wave flume by analysing wave records measured at two locations. The response amplitude operator (RAO), primary conversion efficiency and the total conversion efficiency of the wave energy converter were studied; furthermore, the power take-off damping coefficients corresponding to the load resistances in the experiment were also obtained. The findings demonstrate that the natural period for a pendulum wave energy converter is relatively large. A lower load resistance gives rise to a larger damping coefficient. The model shows relatively higher wave energy conversion efficiency in the range of 1.0?1.2 s for the incident wave period. The maximum primary conversion efficiency achieved was 55.5%, and the maximum overall conversion efficiency was 39.4%.