方向分布对三维聚焦波浪波面特性影响研究

波浪聚焦被认为是产生极限波浪的重要机理之一,近年来受到普遍重视。通过高阶谱方法,引入造波边界建立数值计算模型,模拟聚焦波浪在不同方向分布时的产生和聚焦过程,研究波浪的方向分布对聚焦波浪的波面、波峰最大值、聚焦点的偏移、波面参数及频谱的影响。研究结果表明波浪方向分布越窄,波浪的非线性影响越强、波面越陡,波峰值、聚焦点的偏移和波面特征参数都越大;同时方向分布对波浪聚焦前后的能量具有很大的影响。     

基于小波变换法定义的波群参数

通过小波变换分析的波能过程定义了两个描述波浪群性的参数,由数值模拟波浪和实测波浪资料对其与常用的波群参数进行对比分析,结果表明基于小波波能过程定义的群性参数是有效的,从而展示了小波变换用于在时频域上分析波群的能力。详细探讨了波浪记录长度对群性参数稳定性的影响,分析结果表明,波浪观测长度对于波群参数的影响较大,在考虑波浪群性的波浪模拟及分析时,建议模拟时间长度应在400~500个波以上。     

Numerical Study of Influence of Currents on Nonlinear Focusing Waves

In this paper,a numerical model for nonlinear wave propagation in currents is formulated by a set of enhanced fully nonlinear Boussinesq equations with ambient currents.This model is verified by comparison with the published results.Then the influence of currents on nonlinear focusing waves is studied by use of the numerical model.It is found that the effect of currents on the surface elevations at the focal location is negligible.Following currents can augment the maximum crest of focusing wave while decre...     

Numerical Study of Two-Dimensional Focusing Waves

Two-dimensional focusing waves are generated and investigated by numerical method. The numerical model is developed by introducing the wave maker boundary on the high-order spectral （HOS） method proposed by Dommermuth and Yue in 1987 and verified by theoretical and experimental data. Some cases of focusing waves considering different parameters such as assumed focusing amplitudes, frequency bandwidth, central frequency and frequency spectrum are generated. Characteristics of the focusing wave including surface elevations, the maximum crest, shift of focusing points and frequency spectra are discussed. The results show that the focusing wave characteristics are strongly affected by focusing amplitudes, frequency bandwidth, central frequency and frequency spectrum.     

Observations of freak waves in random wave field in 2D experimental wave flume

Long time series of wave field are experimentally simulated by JONSWAP spectra with random phases in a 2D wave flume. Statistic properties of wave surface, such as significant wave height, skewness and kurtosis, are analyzed, and the freak wave occurrence probability and its relations with Benjamin-Feir index （BFI） are also investigated. The results show that the skewness and the kurtosis are significantly dependent on the wave steepness, and the kurtosis increases along the flume when BFI is large. The freak waves are observed in random wave groups. They occur more frequently than expected, especially for the wave groups with large BFI.     

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。     

三维波浪在岛礁地形上破碎特性试验研究

对三维波浪在岛礁地形上的传播特性进行了物理模型试验研究。为了探究三维波浪在岛礁地形上传播的破碎指标,将岛礁地形简化为1∶5的向海坡与水平礁坪相连的物理模型。对于不同波况下的规则波、不规则波、多向波在该地形上的破碎特性进行了研究。结果表明,在该地形条件下,较大入射波高的波浪均在礁坪上发生破碎,并且随着入射波高的增大,破碎位置向来浪方向移动,破碎指标与入射波陡H_0/L_0相关,斜向波浪传播受入射角度的影响。同时,文中也给出了在该地形下波浪的破碎指标,并将三维结果与二维结果进行了对比。     

多向波浪作用下大尺度墩柱所受波浪力的试验研究

波浪力是作用在离岸建筑物上的主要荷载,准确预测作用在结构上的波浪力在实际工程设计中极其重要,它决定着该结构是否能够安全可靠地工作。目前的研究大多集中在单向波浪作用下结构物所受的波浪力,而真实的波浪是三维多向不规则波浪。基于物理模型实验,系统地研究了多向不规则波浪作用下大尺度墩柱所受波浪力的特性。结果表明波浪的方向分布对波浪荷载具有明显的影响,尤其是对横向力,在方向分布宽度较大时,作用在墩柱上的横向力可达此时作用在墩柱上正向力的40%,这在实际工程设计中不能忽略。     

基于改进Boussinesq方程三角形网格有限元模型

基于改进型Boussinesq方程,建立适用于三角形网格的有限元模型。通过将边界点的笛卡尔坐标转化为法向、切向坐标,对与坐标轴斜交的反射边界进行处理,模型时间积分采用Adams-Bashforth-Moulton预报-校正法。一些经典算例的数值模拟结果表明,数值模型结果与其他数值或试验结果吻合较好,可以用于模拟不规则区域内波浪传播情况,而且通过三角形网格的应用,可有效处理不规则边界问题。     

基于平行双板结构的圆管尾流抑制方法研究

通过数值模拟方法对基于平行双板的圆管尾流进行抑制研究。以二维不可压缩粘性流体方程为流动控制方程,并采用稳定化流体有限元方法求解。基于数值结果,详细探讨了平行双板的安装角度和板长等关键特征参数对尾流的抑制作用和影响。数值分析发现,平行双板结构对尾流的抑制作用明显优于传统单板控制。计算结果显示,基于平行双分隔板的尾流抑制最优位置为从圆管后驻点起向上游40°~50°处,并且与单板相比,在更短板长条件下,亦可完全抑制圆管的旋涡脱落,从而尾流从非定常涡旋流转入定常流动。当安装位置为θ≥80°时,被控圆管表面压力分布与无控圆管类似,说明此时平行双板控制无减阻效应。最后,基于数值模拟结果,对本方法的尾流高效控制效应,给出了相应的流动机制。