海上浮式环形平台内域水体共振频域数值分析

海上浮式旅游平台作为新型海洋结构具有较好的发展前景。其中浮式环形平台结构的内域水体可作为浮式游艇港,但内域水体封闭性的增加也将引起类似月池共振的水体共振问题,影响码头泊稳条件。采用线性势流频域方法研究了平台吃水深度、结构运动响应和平台开口形状对内域水体共振响应特征的影响。结构吃水深度增加,水体共振频率向低频方向偏移,第0～2阶共振幅值随吃水深度增加而增加;结构运动引起水体共振频率向高频方向偏移,并且结构运动响应共振区间与第0～3阶水体共振频率范围重合,纵摇运动对内域水体共振模态分布影响较大,其他自由度影响较小。为抑制内域水体共振,提出在水面线处增设薄板和人工阻尼区域两种方案,结果表明：增设薄板可有效降低高频处水体共振,添加阻尼区域可在整个波浪频率范围内达到抑制水体共振的目的。     

WEC-透空式防波堤集成装置能量转换效率研究

基于成本共享理念的波浪能发电装置(WEC)的开发与设计为降低建设成本提供了新的研究思路,应用计算流体力学方法对在透空箱式防波堤前附加垂荡浮子的集成装置进行数值模拟研究,主要研究了流体黏性和非线性PTO系统以及浮子形状对此类集成装置能量转换效率的影响。结果表明,此类集成装置可以获得较高的波能捕获宽度比(CWR),最高可达0.7,可以较好地利用反射波波能。共振区间上受黏性影响较大,相比于线性无黏理论解,CWR下降明显;实现了2种非线性PTO系统的模拟,有待于进一步的优化未获得更高的CWR值;浮子形状优化效果明显,采用圆底形浮子受黏性影响更小,可以获得更大的CWR值。此种集成模型的模拟和研究可以为新型防波堤设计和现有防波堤的改造提供思路和参考。     

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...     

Disintegration of linear edge waves

It is demonstrated that offshore wavenumbers of edge waves change from imaginary wavenumbers in deep water to real wavenumbers in shallow water. This finding indicates that edge waves in the offshore direction exist as evanescent waves in deep water and as propagating waves in shallow water. Since evanescent waves can stably exist in a limited region while propagating waves cannot, energy should be released from nearshore regions. In the present study, the instability region is predicted based on both the full water wave solution and the shallow-water wave approximation.     

Laboratory Study of the Nonlinear Transformation of Irregular Waves over A Mild Slope

This paper considers the nonlinear transformation of irregular waves propagating over a mild slope (1?40). Two cases of irregular waves, which are mechanically generated based on JONSWAP spectra, are used for this purpose. The results indicate that the wave heights obey the Rayleigh distribution at the offshore location; however, in the shoaling region, the heights of the largest waves are underestimated by the theoretical distributions. In the surf zone, the wave heights can be approximated by the composite Weibull distribution. In addition, the nonlinear phase coupling within the irregular waves is investigated by the wavelet-based bicoherence. The bicoherence spectra reflect that the number of frequency modes participating in the phase coupling increases with the decreasing water depth, as does the degree of phase coupling. After the incipient breaking, even though the degree of phase coupling decreases, a great number of higher harmonic wave modes are also involved in nonlinear interactions. Moreover, the summed bicoherence indicates that the frequency mode related to the strongest local nonlinear interactions shifts to higher harmonics with the decreasing water depth.     

基于非静压模型的波浪空间聚焦研究

为研究波浪聚焦特性,分析极端波浪的产生机理,采用非静压模型通过数值模拟的方法对波浪聚焦的影响因素进行了详细研究。本文采用SWASH非静压波浪模型,模型垂向均匀分三层以保证足够的色散精度以及非线性精度来高效准确的模拟波浪在变化地形上的传播。研究发现在最大波浪未发生破碎时,波浪在半圆形凸起斜坡浅滩上传播,波浪聚焦是波高增大的最主要原因。初始kR(波数与浅滩半径乘积)值对波浪在该地形上的聚焦特性有着重要影响。初始kR越大,最大波高位置距聚焦地形坡脚的距离越远。当kR在1.4π~4.05π之间时,随着kR的减小,最大相对波高先增大后减小,当kR=2.45π时,最大相对波高达到极大值,可达2.48倍初始波高。     

有限水深下独立波群的能量变化试验研究

为了研究独立高斯型波群在中等水深条件下的非线性演化情况,进行了多种波况的物理试验,重点分析了波浪各要素对波群非线性演化的影响。试验结果表明,波陡在波群演化中占主导作用,其次是波群的谱宽,前者引起的非线性主要体现在高阶谐波的能量变化而后者引起的非线性主要体现在自由波能量的变化。频带下移现象只在大波陡情况下才会发生,随着波陡的增加,频带下移发生的相对更早,随着波群的谱变窄,频带下移相对越明显。波陡的增加会使得波群更早的开始分裂。大波陡的波群在演化中会发生破碎,破碎的类型以崩破为主,并且崩破是间歇发生的,连续崩破发生的距离约为1.0～1.5倍波长。此外,破碎引起的能量损耗主要来源于主频和高频成分波,耗散率约10%～18%,平均每个崩破能耗约为初始能量的2%。     

涌浪作用下港内波况试验研究

基于秘鲁钱凯港的防波堤三维整体模型试验结果,研究了涌浪绕射、透射联合作用对港内波况的影响.分析了不同波向、不同谱峰周期的入射波条件下港内不同功能区的波况分布规律,并对比分析了具有不同周期的入射波对港内不同区域波高的影响,兼顾分析了波向的影响.结果表明,在涌浪作用下,受透射、绕射影响,不同入射波条件下港内比波高分布规律相...     

潜堤上规则波辐射应力的数值研究

在近岸波浪相关研究中,辐射应力是波动在水体中引起的剩余动量流,是波浪运动的重要物理量.在波浪从深水逐渐传向浅水的过程中,波浪的非线性逐渐增强,甚至会发生破碎等剧烈变形,引起辐射应力的强烈变化,对次重力波生成等有重要贡献.应用OpenFOAM精细模拟波浪在潜堤上的传播,得出波浪运动的详细流场信息,计算了有波浪破碎情况下潜...     

海上环形观光平台内域水体共振响应研究

海洋空间资源开发中,海上观光旅游平台具有较广的应用前景。浮式观光平台可设计为圆环形结构,环形内部区域可以为游艇停泊和亲水场所提供掩护。此类结构与船舶月池结构类似,有内域半封闭水体,也存在水体共振问题。为分析此类结构水体共振响应,评估内域水体掩护条件,对以圆环形为基础增加弦与所截圆弧围成区域平台模型(观光平台)的内域水体共振模态进行模拟。观光平台共有6个特征模态,分布在0.2～0.6 rad/s之间。模态峰值主要分布在中轴线附近位置。平台圆弧和直边界组合导致共振模态分布包括圆形水体环向模态特征和矩形水体模态特征;不同弦心距对应不同内域水体尺寸。随着内域水体尺寸减小,模态响应频率向高频移动;通过增加环形宽度和设置主迎浪面在突出平台位置,可降低波浪透射,从而减弱内域水体共振响应幅值。工程设计中可调整上述参数降低内域水体共振幅值,达到较好的泊稳条件。