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第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会

召开年：2017
召开地：浙江舟山
出版时间： 2017-09

主办单位：;中国海洋学会;;中国海洋工程学会;;

会议文集：第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集

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1.非破碎涌波沿斜坡运动的水动力过程研究
- 陆森逊;刘海江
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：当海啸传播到近岸区域,由于波浪的弥散效应会产生非破碎涌波(undular bore)现象.已有的研究表明它会极大增加海啸对沿海地区的破坏效应,因此需要对此现象进行深入的研究,探析其动力机理.本文利用水平溃坝水槽开展物理实验,通过设置不同的上下游水位形成具有不同推进速度的非破碎涌波.本研究对包括波高、推进速度在内的非破碎涌波水动力特性以及其在1∶7.5斜坡上爬坡时的破碎形态和最大爬坡高度进行了探讨.通过利用已有的理论公式分析非破碎涌波的波形、推进速度和爬坡的破碎形态,研究表明非破碎涌波具有Boussinesq式孤立波的水动力特征并满足其爬坡破碎规律.如果非破碎涌波在沿斜坡的爬坡过程中发生破碎,其最大爬高可以通过相应的孤立波爬高经验公式进行估算.
2.南大西洋湾内风暴增水半日扰动现象的数值模拟实验
- 冯曦;Maitaine Olabarrieta;Arnoldo Valle-Levinson
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：美国东海岸的潮汐记录揭示了出现在南大西洋湾频繁的风暴增水半日扰动现象.热带气旋被认为是这些风暴增水半日扰动事件的主要诱发条件之一.该风暴增水半日扰动的振幅以南大西洋湾的顶点为中心达到最大,沿海岸向南和向北均有扩散.依据在南大西洋湾海岸观测到的潮汐和风暴潮交互作用的实例为参照,设计理想化过程实验,进一步探讨了热带气旋的各因子对风暴增水半日扰动现象的影响.虽然在历史记录里平行于海岸的飓风路径最为常见,但实验分析中发现,风暴潮与潮汐的交互作用在气旋路径与海岸线正交时最剧烈.风暴增水半日扰动的剧烈程度与气旋的风力强度、最大风速半径正相关,而与气旋的平移速度负相关.对于平行于海岸线移动的气旋,当气旋引起的超过17.5m/s风速的沿岸风(根据Saffir-Simpson的飓风分类等级,这时风力达到热带风暴强度R17)臂长达到最长时,相应的风暴增水半日扰动现象也最持久且振幅最大.
3.基于interDyMFoam的主动吸收式数值波浪水槽研究
- 王东旭;孙家文;桂劲松;马哲
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：在OpenFOAM动边界fixedValuePointPatchVectorField类基础上,通过类继承开发了主动吸收式推板造波边界条件,进而基于二相流动网格求解器interDyMFoam建立了主动吸收式数值波浪水槽.通过VOF方法实时监测造波板前水位,并将其作为反馈信号修正推板位移,实现了规则波与不规则波主动吸收造波功能.通过添加限制器的方法优化了推板慢漂问题,并结合稳定系数法与频域分析法对规则波与不规则波的主动吸收效果进行定量分析,验证了主动吸收式水槽的有效性.
4.非淹没刚性植被影响下孤立波在不同斜坡上爬高实验研究
- 唐政江;姚宇;何文润;蒋昌波
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：在波浪水槽中进行了一系列物理模型实验,采用概化的非淹没刚性植被模型,研究孤立波在不同坡度的斜坡上与植被模型的相互作用问题,并使用高速CCD照相机记录了孤立波在斜坡上的爬高过程.实验测试了三个斜坡坡度和三种植被密度影响下的一系列孤立波波况.实验结果表明:在同一个斜坡上,当入射波高一定时,透射波高和爬高随着植被密度的增大而减小;在同一植被密度时,透射波高和爬高基本随着斜坡坡度的增大而增大;由于孤立波受到植被区波能耗散作用和斜坡上波浪浅化作用的共同影响,在坡度为1∶6的斜坡上,当入射波高较小时,透射波高大于入射波高,在坡度为1∶8和1∶10的斜坡上,与入射波高相比,透射波高有所减小.
5.流函数波浪理论在高阶谱方法数值波浪水槽中造波的实现
- 唐军军;滕斌;毛鸿飞;李澍
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：高阶谱方法是基于势流理论模拟波浪传播变形的数值方法,其将速度势函数展开成满足控制方程和周期性边界条件的傅里叶级数形式,运用快速傅里叶变换对空间和波数域中的物理量进行计算.高阶谱方法具有计算速度快、精度高等优点,但周期性边界条件的假设限制了其应用.借助附加速度势函数将非周期性的造波边界条件引入到高阶谱方法中,建立了基于高阶谱方法的数值波浪水槽模型,该模型利用流函数理论得到的造波边界速度实现波浪的生成.对不同波况下波浪的生成与传播进行了数值计算研究,并将结果与理论解及其他数值模型的结果进行了对比,对比结果显示,本文数值模型在保证良好计算精度的前提下有较高的计算效率.
6.台湾沿海地区台风暴潮风险与不确定性研究
- 杨智杰;陈明仁;柳文成;林媺瑛;李盈槽;陈政欣;吴鸿业;颜清连
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：针对台风期间台湾沿海地区之暴潮变化,探讨其风险与不确定性.首先,回顾国外案例及先进的分析方法.搜集、分析相关的海、气象观测资料;接着建置POM(Princeton Ocean Model)风暴潮模式,并以历史台风事件进行验证;同时,将系统性地分析台风物理因子(如中心低压、暴风速度、暴风半径、移动速度与行进角度)的各种组合形式,组合出具代表性的合成台风,并利用POM模式进行大量仿真、建置风暴潮数据库;进一步则利用蒙地卡罗模拟法(Monte Carlo Simulation)生成未来各种可能发生的台风,并以内插方式推估暴潮水位;最后依惯用之统计方法(如:极端值分布)进行分析,详细评估不同重现期与不同信心区间下之暴潮位.更为充分完整的暴潮信息,未来期能提供防灾、减灾以及各种相关决策之基础.
7.孤立波在潜堤上传播变形的数值模拟
- 纪巧玲;孙科举;董胜;赵西增
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：潜堤是一种常用的护岸建筑物,可以用来消减外海波浪、保滩促淤、导流等,因此精确地模拟波浪在潜堤上的传播变形具有重要意义.本文采用黏性流理论的N-S方程作为流场的基本控制方程,采用高阶紧致差分格式CIP(Constrained Interpolation Profile)对方程的对流项进行求解,采用VOF法进行自由表面追踪,建立二维数值波浪水槽.运用建立的数值水槽开展了孤立波在淹没潜堤上的传播变形数值研究,并与已有的物理试验结果进行比较,其潜堤前后的波面变化情况基本吻合.表明本文所采用的数值方法能够有效地模拟孤立波越过潜堤的传播变形过程.
8.不规则波作用下植物消波特性实验研究
- 何飞;陈杰;蒋昌波;赵静
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：通过物理模型实验探究了不规则波作用下的植物消波特性.研究发现,植物根茎叶均在不同程度上影响植物消波特性,同种波况下根茎共同作用下的波高衰减比例范围为0.78～0.95,而叶茎共同作用下的波高衰减比例范围为0.55～0.80,叶的消波效果明显强于根部;根部作用下植物消波过程中反射效应为主要影响因素,而叶作用下植物消波过程中波能耗散效应为主要影响因素.植物对于谱峰频率处的波能具有明显的消减作用,叶的存在使得远离谱峰频率处的波能呈现一定程度的增大趋势.分布密度越大,透射系数越小.
9.植被水域台风浪传播的数值模拟研究
- 贾绩;唐军
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：近年来,受全球气候变化影响,台风浪等海洋灾害频发并给近岸地区造成了巨大的经济和社会损失.已有观测表明岸滩植被可有效地消减台风浪能量,降低其带来的灾害.基于波浪SWAN模型建立了植被水域波浪传播的数值模拟模型,通过与已有物理模型实验和实测数据的分析比较,分析验证了模型在模拟台风浪和植被水域波浪传播的可靠性.在此基础上,数值模拟分析了植被高度、直径、密度等特征参数对于台风浪传播的影响效应.
10.海口湾典型风暴潮数值模拟及极端高水位推算
- 高峰;李昊;徐宿东
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：海南岛是热带风暴以及台风多发地区,每年一般为8～9次,最多可达11次.通常5-11月为热带风暴、台风季节,其中8-10月为最盛期.当台风移向陆地时,由于台风的强风和低气压的作用,使海水向海岸方向强力堆积,潮位猛涨,强台风的风暴潮往往能使沿海水位快速上升,根据海口1949年至2015年共67年的台风资料统计,凡是登陆海南省以及广东省西部沿岸的台风均可以造成海口港不同程度的风暴潮增水,这对附近工程的极端高水位有很大影响.由于实测台风数据资料序列长度的限制,采用传统的频率分析方法拟合和预测较长重现期的台风引起的极端水位可能产生较大误差,诸如50年或100年一遇的台风引起的极端水位值.为了解决这一问题,考虑采用依据有限数量的历史水位资料的数值模拟方法进行极端水位的预测研究.在这种情况下,利用具有准确历史数据的气象和天文潮以及其他可能驱动因素作为水动力数值模拟的驱动因素来进行数值模拟.这样通过水动力模型便可将现有气象统计资料与未知的水位数据联系起来,从而实现由气象因素推求极端水位预测值的目的.本研究通过Monte Carlo模型随机生成500年周期内可能出现的448个台风的一些列参数(气压、风场、路径等)、进而加载至Delft3D水动力模型对水位过程线序列进行数值模拟的方法,再通过最大值排序以实现对可能出现的台风风暴潮不同重现期极端高水位值进行估算的目的,推求出重现期为50年、100年以及500年的极端高水位预测值分别为2.68m、2.68m和3.02m.
11.基于Gerris的自由面大变形问题数值模拟
- 郑凯源;赵西增
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：利用基于动态自适应网格的开源程序Gerris开展了自由面大变形问题的模拟研究.首先通过Zalesak刚体旋转算例定性和定量对比分析了Gerris分段线性VOF方法的精度,验证了Gerris界面重构的优越性;然后应用该模型完整重现了溃坝波与固体壁面碰撞后产生水花飞溅、水流翻滚、波浪破碎变形等强非线性自由面物理现象,同时,Gerris利用树形自适应加密技术使得溃坝自由面附近网格加密而其他区域稀化,可保证数值模拟精度的前提下尽可能减小计算量,表明Gerris模型在计算效率和计算精度上的优越性.通过数值模拟结果与试验结果对比,验证模型计算复杂流动问题运动界面的输运与重构的可靠性及优越性.
12.基于中心迎风格式的二维非静压波浪模型
- 吴钢锋;张科锋
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：基于矩形网格建立了二维水深积分的非静压波浪模型.该模型的求解分为静压步和非静压步两部分.静压步的控制方程为非线性浅水方程(NSWE),采用有限体积法和中心迎风格式进行求解,该模型既能保证数值格式的和谐性,同时能够确保整个计算过程中水深是非负的.非静压步基于有限差分方法对泊松方程进行离散并求解相应的非静水压强,使得模型具备模拟色散性波浪传播的能力.通过算例对所建立模型进行验证,计算结果和理论值或实验测量值吻合较好.
13.双曲余弦型海脊俘获波特性及其传播演化规律
- 胡见;王岗
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：波浪能以俘获波的形式沿大洋海脊传播至远场地区,因其特殊的运动方式,其传播速度较传统的浅水波传播速度慢很多.基于线性浅水近似,推导了无限长理想的双曲余弦平方的海脊上俘获波的解析解,并分析了俘获波在海脊上的运动规律.俘获波沿着双曲余弦平方海脊的正负方向为行进波,垂直海脊方向为驻波,且各模态的最大波幅均在脊顶处并向两侧衰减,模态越高,波幅的衰减速度越慢.
14.线性长波越过变水深理想陷坑阵列的共振散射
- 丁玉龙;刘焕文;林鹏智
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：利用多重散射法建立了线性长波越过变水深理想陷坑阵列的解析模拟,推广了其他学者关于长波越过单个理想陷坑的相关工作.以此为基础,本文研究了Bragg共振反射条件下(即当陷坑周期间距是入射波波长的一半),不同影响因素如陷坑个数、陷坑深度、入射角度等对共振反射的影响.从目前所得结果可以看出,提高陷坑个数和适当增加陷坑内部水深可以提高Bragg反射效果,且当四方排列陷坑正面迎波时其共振反射也将达到最大.
15.基于图像法的浅水岸礁次重力波特性试验研究
- 刘维杰
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：通过波浪水槽试验,构建了概化的岸礁模型,对岸礁地形次重力波特征开展研究.试验中礁坪水深极浅,传统波高计的应用受到一定限制,为此本研究基于新开发的摄像机测量系统捕捉三例不同入射周期的随机波浪传播现象,获得时间和空间上的高分辨率波动数据.试验发现入射短波经过礁前斜坡剧烈破碎传播至近岸后,平均水位大规模提高,并伴有次重力波波动以及较大的波浪爬高.不同周期入射波产生的次重力波周期相同,且在近岸波动中占据主导地位.次重力波在浅水岸礁大规模增水时可产生类似驻波的共振,但其相位关系与理想海湾共振有所不同.最后通过比较破碎点附近辐射应力与近岸次重力波波动的相位关系,揭示了不同周期入射波对次重力波的增强及减弱作用机制.
16.西太平洋风浪数值预测模式研究
- 潘锡山;黄祖英;彭模;孙忠滨;赵爱博;刘明
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：通过新一代天气研究与预报模式WRF(Weather Research and Forecasting)和第三代海浪模式WW3(WAVEWATCHⅢ),建立大气-海浪数值预测模型,在相同参数设置下,采用WRF模式预测风场和QSCAT/NCEP混合风场作为驱动海浪模式的强迫场,开展西太平洋海域海浪数值预测,采用美国大气海洋局机构NOAA再分析数据有效波高、峰值波向以及峰值波周期作为验证对象,验证结果表明该模式能较好的反映该海域波浪场分布.
17.近岸地区裂流研究刍议
- 王玉海;汤立群;郭传胜;王崇浩;刘大滨;赵慧明
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：裂流是波浪破碎后形成的强而集中的离岸水流.裂流能够将破波掀起的泥沙、岸边排放的污染物等向冲浪带外输运,从而影响岸滩地貌演变和陆海物质交换的效率.裂流也是造成海滩游泳人员溺亡的一个主要灾害因素.因此,裂流问题一直受到各国学者的高度重视,开展了大量的现场观测、理论分析和数值模拟研究工作,对于裂流的成因、类型、流动结构等都取得了丰富的研究成果.本文对近年来国内外学者开展的相关研究工作做一简要的评述,并提出今后需要重点研究的方向.
18.片状植被间距对孤立波传播影响的数值模拟分析
- 张岩;唐军
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：近岸植被对波浪传播运动有重要影响.已有研究多关注均匀连续分布植被对波浪传播的影响,而实际海岸湿地中植被多是不均匀片状分布的,其对波浪传播、衰减的影响与连续分布的植被不同.本文基于非线性Boussinesq方程建立了植被水域波浪传播的数值模拟模型,分析讨论分片植被间距变化对孤立波波高的影响.采用孤立波传播过分片植被区的物理模型试验结果对模型进行分析验证;在此基础上,数值模拟了近岸分片植被与孤立波的作用过程,分析了海岸片状植被间距变化引起的植被区与通道内波高的不均匀变化.
19.破冰船直航破冰载荷的有限元数值模拟
- 白旭;陶冶;周利;常琦
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：船首连续破冰是现代破冰船进行破冰的主要形式之一,基于这种破冰形式,本文对一艘60.6m长的破冰船在直线航行时所受到的破冰载荷展开了研究.应用ANSYS/LS-DYNA建立有限元模型,研究船-冰碰撞采取的材料模型及其参数设置,模拟仿真破冰船的破冰过程以及相应的破冰载荷,分析最大碰撞应力,主要考虑了破冰船在高速和低速两种运动状态,计算得到破冰船船首结构的碰撞力-时间曲线图.结果表明,破冰船破冰时船首结构受到的最大碰撞应力与航速有关,且速度越快的破冰船所受碰撞应力越大,吸收的内能也越多,同时受到的破坏也越严重.同样的,浮冰受到的损伤也会随破冰船速度的增加而变严重.
20.近15年中国海浪灾害特性分析
- 李硕;陶爱峰;吴迪;戴炜;谢欣
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：中国是海洋灾害频发的国家,海浪灾害作为主要海洋灾害,对中国经济发展和涉海民众的生命安全都有重要影响.2015年《中国海洋灾害公报》发布会上明确指出,由海洋灾害导致的人员死亡(或失踪)灾害事件中,有77％是由于海浪灾害导致的,报告中还指出,三种海浪灾害类型中,导致人员死亡(或失踪)的是冷空气浪和气旋浪,不是公众熟悉的台风浪.可见,有必要增强对海浪灾害的研究价值的认识,有必要重新定位海浪灾害的研究方向.鉴于此,将梳理2012年-2015年国家海洋局发布的中国海洋灾害公报中海浪灾害的有关数据以及相关科技文献,明确中国各类海浪灾害的时空分布特性,并重点分析冷空气浪和气旋浪所致灾害特征和现有防灾减灾举措,以期为海浪的风险评估、预警预报和防灾减灾等工作提供必要的研究基础.
21.并列双圆柱绕流中间隙流偏斜现象的数值模拟
- 段松长;刘彩;赵西增
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：在并列双圆柱绕流问题中,常出现间隙流明显向一侧偏斜的现象,分别在两圆柱后形成宽尾流和窄尾流,对柱体的漩涡脱落频率和阻力系数均会产生影响.微观上,间隙流的偏斜涉及到水质点速度、压力和黏性力等之间的相互作用;宏观上,雷诺数Re、直径比d/D和间隙比G/D等均会影响间隙流的偏斜情况,其中D、d和G分别为大、小圆柱直径和两柱体净间距.采用Fluent软件对雷诺数Re=3900情况下,并列双圆柱绕流中间隙流偏斜现象进行数值模拟,考虑到两圆柱间隙中心点诱导速度与间隙流偏转方向同步的特性,提出通过监测两圆柱间隙中心点的速度偏角来定量反映间隙流偏斜情况的方法,并将不同工况下该偏角和柱体的升力系数CL的时程曲线、阻力系数CD的时程曲线、涡量等值线图三者进行对照来验证该方法的可行性.最后,基于此方法研究了该偏角和横流向圆柱两侧压力差之间的关系,从横流向压力差的角度解释了间隙流偏斜的原因.结果表明,间隙中心点速度偏角的变化和涡脱形态及相关绕流参数的变化具有一致性,间隙流的偏斜可能由横流向圆柱两侧的压力差导致.
22.系统阻尼比对圆柱体流致振动能量捕获效率的影响分析
- 白旭;岳玉帅;乐智斌
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：海流能是一种清洁稳定可再生的能源,利用流致振动捕获海流能成为近年的研究热点.本文基于离散点涡法对圆柱体流致振动发电装置的捕能效率展开研究,结合圆柱体双自由度运动方程与耦合振子方程,得到单圆柱体流致振动能量捕获效率公式.通过对比耦合振子方程的计算结果与Blevins的实验结果,分析不同阻尼比下的流致振动响应,发现阻尼比的增加引起结构振幅减小并引起结构运动轨迹的变化.进一步研究系统阻尼比对无量纲振幅比和能量捕获效率的影响,表明系统阻尼比在0.01～0.2范围内具有最高的能量捕获效率.
23.一种高效的基于虚拟单元的浸入边界方法
- 方舟华;赵西增
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：提出一种基于浸入边界的流固耦合求解方法,该方法适用于气、液、固三相耦合问题.通过高阶插值方法在虚拟单元上设置流体属性,从而在流固边界上施加不可穿透和无滑移条件完成流固耦合过程.流体求解部分,按照对流项、扩散项和压力速度匹配三个部分进行分步求解,除压力速度匹配过程采用迭代求解外,其余过程均为显式方法求解,具有速度快、易实现的优点.最后用本方法对圆柱绕流、涡激振荡等经典问题进行了模拟,模拟结果与实验数据及前人结果吻合较好,证明了该方法具有较高的精度.
24.不同来流条件下双圆柱绕流的数值模拟
- 王凯鹏;赵西增
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：利用紧致插值曲线(constrained interpolation profile method,CIP)数学模型,对不同来流条件下静止串列双圆柱绕流的相关问题进行数值模拟.首先选择均匀来流,分析雷诺数Re、间距比L*(L*指两个圆柱圆心之间的距离L与圆柱直径D的比值,L*=L/D)对圆柱受力以及柱体后方漩涡脱落模态的影响;为了更接近工程实际,还对平面剪切来流下的柱体绕流进行模拟,分析剪切率K(来流速度在垂直于来流方向上的速度梯度)对圆柱受力以及柱体后方漩涡脱落模态的影响.结果表明:对于均匀来流,当间距比L*较小时上游柱体后方产生的漩涡不发生脱落而是附着在下游柱体表面,随着间距比L*的增加上游柱体产生的漩涡逐渐脱落,下游柱体则始终都有漩涡脱落;同时随着Re的增大,上游柱体开始脱落漩涡的临界间距比L*逐渐减小;而在剪切来流下,剪切率K对柱体受力和柱体后方漩涡脱落也有较大影响,随着剪切率K值的增加上游柱体开始脱落漩涡的临界间距比L*减小.模拟结果与文献结果吻合较好,验证了模型的可靠性.
25.正方形排列四圆柱尾流致振数值模拟
- 杨康;高洋洋;蘧鑫晨;刘彩
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：基于计算流体力学(CFD)技术开展了低雷诺数Re=150条件下正方形排列四圆柱双自由度尾流致振数值模拟研究,分析了间距比L/D=5.0(L为四圆柱中心间距,D为圆柱直径)、约化速度Vr=3-13条件下四圆柱的结构动力响应和尾流旋涡脱落特性.研究发现:上游两个圆柱的动力响应与单圆柱涡激振动类似,而下游圆柱的动力响应明显大于单圆柱,这是由于下游圆柱处于上游圆柱的尾涡中,加强了下游圆柱的动力响应.研究还发现四圆柱尾流致振存在不对称现象,动力响应、升阻力系数均出现了不对称情况,这与尾流的不对称和尾流脱落的相位差有关.同时双自由度四圆柱尾流致振在不同约化速度下分别呈现出"8"字型、"O"字型和不规则运动轨迹.
26.三维倾斜圆柱绕流数值模拟研究
- 刘彩;杨康;蘧鑫晨;段松长;高洋洋
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：采用计算流体力学(CFD)软件开展了Re=3900情况下三维倾斜圆柱绕流的数值模拟研究,主要分析了不同倾斜角度(15°、30°和45°)条件下倾斜圆柱的受力特性与尾流流场特征,如涡脱频率、瞬时涡量及速度时均分布情况,并与三维竖直圆柱绕流的数值结果进行了对比分析.研究结果表明:在雷诺数Re=3900的情况下,三维倾斜圆柱绕流在展向上已呈现出不可忽略的三维效应;且通过与竖直圆柱绕流的结果进行对比发现,由于受到倾斜角度的影响,倾斜圆柱尾流形态及结构受力特性均与竖直圆柱绕流存在明显差异,说明倾斜角度的变化对三维圆柱绕流流场特性有着显著的影响.
27.仿鱼尾结构抑制圆柱涡激振动风洞实验研究
- 梁盛平;王嘉松
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：提出仿鱼尾结构,对圆柱涡激振动的控制进行风洞实验研究.仿鱼尾结构由鱼身(hull)和柔性尾部(tail)构成,鱼身为特定长度的刚性整流罩(0.5D,D为圆柱直径),鱼尾为柔性的分离盘.测定了圆柱附属不同特征角度(60°,90°,120°)鱼身,以及不同长度尾部(T/D=0.3-1.0,T为柔性尾部长度)的仿鱼尾结构系统在约化速度在3.5—19.28下的振动响应.结果表明,附属鱼身时,圆柱的振动都会被部分抑制,而且特征角度对于振动的影响很小.当附属仿鱼尾结构时,随着柔性尾部长度的增大,抑制效果逐渐增大,当T＞0.7D时,抑制效率达到95％以上.同时,附属鱼身以及仿鱼尾的振动响应相比纯圆柱的响应,共振区均移后,且范围较大.
28.不同雷诺数下三维圆柱绕流数值模拟
- 蘧鑫晨;高洋洋;刘彩;杨康
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：基于计算流体力学软件OpenFOAM,采用有限体积法求解不可压缩Navier-Stokes方程,开展了不同雷诺数下三维圆柱绕流流场的数值模拟研究,雷诺数Re选取100、1000及3900.本文采用层流模型、剪切应力传输(SST)和标准k-ε湍流模型进行了三维圆柱绕流的模拟,研究了三维圆柱绕流的尾流流场特性,分析了三维圆柱升阻力系数、Strouhal数以及尾流涡脱形态的展向变化特性.计算结果表明,虽然在不同雷诺数下尾流区域均出现明显的回流和旋涡现象,但随着雷诺数的增大,圆柱尾流流场呈现逐渐加强的三维特性,圆柱展向旋涡脱落明显.此外,本文还对比分析了二维和三维圆柱绕流数值模拟结果,发现二维圆柱绕流模拟的升阻力系数大于三维情况,这与圆柱展向流速变化引起的三维效应有关.
29.基于EASA对水动力软件MOSES可视化集成研究
- 王雄之;刘振纹
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：使用集成软件EASA对水动力计算软件MOSES进行集成封装,旨在改善在使用MOSES分析水动力问题时命令编写复杂、耗时长、工程使用中修改不便等问题.以海洋石油202铺管船的系泊分析问题为例,介绍MOSES对该问题的分析过程,并使用EASA将MOSES的计算分析过程集成封装.从封装后的结果上来看,建立了一个用户友好型的使用界面,让使用者脱离了编程过程,实现了封装后软件使用的网络化,增强了软件保密性,使计算结果更加便于储存和管理,并且并未由于对MOSES进行封装而造成计算时间的延长.
30.三维表面流场可视化技术研究
- 康苏海
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：随计算技术和工程需求的提高,三维水动力数值模拟在水运工程领域得到越来越广泛的应用,同时提出了对三维流场仿真的需求.如何对模拟计算数据进行直观展示迫在眉睫,三维流场可视化研究显得十分必要.对三维表面流场进行可视化是展示三维流场的重要方式,它符合人们对自然界三维流场特点的认识习惯.本文以轻量级三维图形平台为基础,对数值模拟计算域构建三维模型场景,通过高效算法完成对时空离散的流场计算结果的插值计算,以拉格朗日法对表面流场示踪粒子进行三维质点追踪,辅以半透明化处理的三维曲面表示水面,并将示踪粒子显示其上,使得三维显示效果达到最佳化.通过演示实例,表明表面流场可视化效果理想,达到预期效果,对三维水动力数值模拟应用具有推动作用.
31.复杂水动力环境下床面切应力量测与研究初探
- 徐华;夏云峰;蔡喆伟;郝思禹;张世钊
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：河口海岸泥沙运动与床面切应力的大小息息相关,因此通过床面切应力来研究泥沙运动特征是泥沙运动基本理论研究的重要途径,然而目前尚未有效形成波流、破波等复杂水动力环境下床面切应力的量测计算方法.利用基于微纳米技术的热敏式切应力新型仪器,在室内波流水槽中开展了床面切应力量测研究工作.研究表明,新型热敏切应力仪响应频率高、稳定性好,实验结果揭示了波流及破波作用下床面切应力合成计算和时空分布变化基本特征,提出了波流共同作用下最大切应力计算方法,研究成果可为复杂动力作用下泥沙运动理论问题的深入研究奠定基础.
32.虚拟仪器技术在环形水槽控制设计中的应用
- 张宏伟
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：作为计算机技术在自动化领域的最新应用,虚拟仪器是测试计量仪器技术发展的新方向.在分析环形水槽装置工作原理的基础上,采用LabVIEW虚拟仪器技术设计和开发出环形水槽虚拟仪器测控系统,分别对旋转槽和剪力环的运行速度进行测量和控制,实现了环形水槽拟合产生无限均匀流的功能.重点论述了系统虚拟仪器的整体结构、设计模式、数据结构和硬件驱动的功能实现.应用结果表明,与传统的文本程序开发相比,LabVIEW虚拟仪器设计逻辑清晰、层次分明、开发简捷,有助于更有效地提高专用测控仪器的自动化水平.
33.近岸浅水区测深数据精处理方案对比研究
- 张颖;赵刚;李静;李江伟;姚才华
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：文中系统分析了近岸浅水区的工程测量特点,针对由此导致的测量信号受干扰,在通用数据处理流程下数据精度较低的问题,本文提出了巴特沃斯滤波及卡尔曼滤波两种数据精处理方案.通过前后成果数据的交点差及地形成图效果的对比分析可知,这两种方案保真去噪效果明显,均能大幅提高粗处理数据的精度至50％以上.
34.黄骅港航道水文遥测系统研究
- 解静;常江;熊伟;陆伟;范东华
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：航道潮位、潮流是船舶进出港的重要依据.黄骅港是中国最长的海上人工航道.为保障大型船舶乘潮进港安全,建立黄骅港航道水文遥测系统.文中给出了系统建设架构与目标,探讨了航标标体改造、数据自动采集、数据通讯与远程传输、数据分析与一体化存储,以及共享系统建设等关键技术,建立并发布了黄骅港航道水文在线系统平台.该系统集航道潮汐、潮流数据自动采集、远程数据传输和遥测数据在线显示与共享功能于一体,为黄骅港大型船舶乘潮进港提供了实时、连续、可靠的潮位、潮流数据;同时长期累积的大量而宝贵的观测数据为港口航道管理等相关生产、科研活动提供了数据支撑.该系统具有广泛的适用性,可以在中国任意港口航道推广应用.
35.潜堤上规则波演变的数值模拟
- 李梦雨;赵西增;叶洲腾;胡子俊;陈勇
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：海岸结构物对波浪的传播和变形有显著影响.为了更好地研究波浪与海岸结构物的相互作用过程,基于Navier-Stokes方程,采用自主研发的CIP模型,模拟规则波的产生及在潜堤上的演变过程.模型采用笛卡尔坐标系,以高阶差分(CIP)方法为流场基本求解器,分步求解Navier-Stokcs(N-S)方程,以改进的THINC/SW(tangent of hyperbola for interface capturing/slope weighting)方法进行自由面捕捉,通过浸入边界法(Immersed Boundary Method)处理固-液-气相互作用.由基于Boussinesq方程推导的动量源项方法模拟波浪的产生过程,并与推板造波方法进行比较,验证了模型中加入动量源项造波方法,可以提高精度和效率.重点研究了规则波在越堤过程中的自由面变化及流场的演变,通过与新开展的实验结果对比验证了计算结果的正确性.结果表明本数值模拟方法能有效模拟规则波与结构物的相互作用过程.
36.杭州湾中部实测波谱特性分析
- 杨斌;张俊彪;叶钦;杨忠良
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：基于杭州湾内中部测站一年的实测波浪资料,挑选较大波浪数据初步计算和分析了波浪频谱,选用规范谱一、JONSWAP谱等谱模式对实测谱进行拟合分析.研究显示,杭州湾较大的波浪以短周期风浪居多,谱形以单峰为主,谱峰频率均值为0.23Hz;谱的零阶矩和谱峰周期分别与有效波高和平均周期之间有较好的相关关系;分析改进后的谱模式计算出来的谱峰值和零阶矩,与实测值进行比较,得出改进的规范谱一比改进的JONSWAP谱谱模式在杭州湾波谱中的实用性要好.
37.波浪绕挺水植物群尾流区水动力特征数值模拟研究
- 张景新
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：植物群的存在,减缓水流运动,同时影响着局部床沙冲淤变化、水体混合等的时空特征,进而改变水生态环境.海岸带的植物群不仅构成良好的生态环境,同时对于岸滩保护也起着重要作用,而大面积的树林可起到消浪作用,在抵御风暴潮、海啸等海洋灾害方面发挥了重要作用.关于植物群影响下的单向水流运动的研究,已获得了丰富的研究成果.研究表明,植物水流影响因素众多,涉及植株密度、分布形式及流动条件等.对于波浪条件下植物群与水流运动的相互作用研究,多侧重消浪性能的研究,以物理模型试验、理论分析作为研究手段,采用直接数值模拟的工作尚不多见.本文针对挺水型出水植物群,将其概化为刚性圆柱群,通过数值模拟手段,研究植物群影响下的波浪运动.以植物群分布几何特征、植株密度、波浪要素为主要控制因素,通过系列的数值模拟研究,着重分析柱群尾流区的流动特征.
38.海岛潮流泥沙特点及其工程问题
- 徐啸;佘小建;毛宁;崔峥;张磊
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：在一些海岛或潮汐汊道口门部位,岸线走向发生较大变化,具有"岬角型"海岸线特点.随着边界条件的不同,经过这里的潮流具有不同特点的分流、汇流或挑流、绕流等复杂流态.结合洋山深水港两个典型港口工程研究成果,将海岛岸线处潮流特点进行归纳分类,分析其泥沙运动特点及工程建设时可能存在的问题,探讨整治工程的原则和方法等.
39.弧形潜堤周围涡流结构的数值研究
- 杨天;蒋学炼;张娜;宋吉宁;庄茜;臧学平
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：采用数值模型研究了椭圆余弦波与弧形潜堤的相互作用.基于堤身附近速度场和涡量场的演变,展示了涡流的生成和消散过程.通过分析周期平均速度余量的分布,探讨了弧形潜堤周围悬沙输移和底沙冲刷的可能方式.
40.偏心摆式波能装置系泊系统性能研究
- 李向南;史宏达;田会元;黄波峰;张雨晴
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：锚固方式是影响水平摆式波能装置电压输出的重要因素,基于该种装置运动特性,运用AQWA软件建立的数值模型分析其在一阶及二阶波浪力作用下的运动响应,选用悬链式与张紧式两种锚固方式,根据斋堂岛海洋能试验场的波浪条件对比两种方案在随机波浪中的纵摇响应.研究表明:相同波况下,张紧式锚固纵摇响应要比悬链式方案大得多,通过与实验结果对比,两种方案的电压输出曲线也呈相同规律.该研究可为该种装置的海上锚固及其对电压输出值的影响提供参考依据.
41.一种新型波浪推进装置的设计与试验研究
- 郝红彬;马庆位;廖康平
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：波浪推进装置(Wave Propulsion Device,简称WPD)是一种可以吸收波浪能并把波浪能直接转换成推力的装置,是船舶节能减排技术的一种有效手段,可以作为船舶等海洋结构物的推进或辅助推进装置.本文总结了波浪推进的发展历程和主要实现形式,并设计了一种半主动式的波浪推进装置,即依靠浮子调节攻角的波浪推进装置(Floater-Adjusted Wave Propulsion Device,简称FAWPD),并用模型试验测试了FAWPD的推进性能,分析了波长、波高和水翼浸没深度对推进性能的影响.试验结果显示,与被动式波浪推进装置相比,FAWPD可以有效提高推进效率.
42.“蘑菇型”振荡水柱式波能转换装置水动力性能的解析研究
- 周宇;宁德志;张崇伟;滕斌;赵海涛
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：针对传统岸振荡水柱式波能转换装置(OWC)单向迎浪的局限性,本文提出了一种"蘑菇型"振荡水柱波能转换装置,可以对各个方向的海浪进行有效的吸收,使固定式的振荡水柱波能转换装置从近岸走向离岸成为可能.本文基于线性势流理论,采用解析的方法对波能转换装置气室波面的水动力特性进行了模拟,对气室波面共振时OWC波能俘获效率进行了研究.研究发现,气室共振时波面会产生活塞式和晃荡式的运动模态,其中活塞式运动模态时OWC波能俘获系数最大.讨论了在规则波作用下的入射波浪要素、装置外墙吃水、外墙厚度和气室宽度等参数对OWC波能俘获效率、频带宽度及共振频率的影响.
43.OWC式波能转换装置水动力特性的SPH模拟
- 温鸿杰
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：基于SPH方法,建立了一个能够精确描述OWC式波能转换装置附近水动力特性的湍流模型.该模型采用密度权平均的N-S方程为控制方程,并使用亚粒子尺度(SPS)湍流模式封闭控制方程.模拟结果表明,该SPH水动力学数学模型能够很好地重演气室内外的自由液面形态以及气室前墙附近涡旋的生成、发展和耗散过程.此外研究发现,入射波浪周期是影响气室内部自由液面波动幅度的关键性因素,当入射波频率接近于气室固有频率时,气室内部的波动幅值达到最大.
44.圆柱形振荡浮子式波浪能吸收装置水动力性能数值计算与分析
- 王帝;夏可;万德成
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：本文就圆柱形振荡浮子式波浪能收集装置的水动力学特性展开研究.采用基于开源平台OpenFOAM开发的船舶与海洋工程CFD求解器——naoe-FOAM-SJTU,对圆柱式发电装置在规则波作用下的运动性能进行了数值模拟.根据振荡浮子式发电装置的特点,分析了圆柱形浮体的波浪响应,并与试验进行对照.分别模拟了单个浮体和两个浮体在波浪中运动情况,并对两个浮体的相互作用进行了分析,比较了在不同条件下浮体运动特点.引入阻尼效应,来模拟发电机对于圆柱形浮体在波浪中运动的影响,并对理论波浪能转化效率进行了探讨.
45.垂荡浮子间歇射流提升装置水动力行为的数值研究
- 马琳;邹威;高成岩;尹则高
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：垂荡式波浪浮子射流装置是将底层水体向表层提升,促进海洋水体垂向混合的装置.建立了垂荡浮子间歇射流提升装置水动力行为的二维数学模型,对浮子的垂荡位移、速度和进出口流量的时间变化过程进行了计算分析,发现浮子的垂荡位移、速度和射流流量呈周期性变化,浮子的垂荡位移小于入射波波高,浮子上行位移小于下行位移.浮子射流流量呈周期性变化,进、出水口流出流量峰值比较接近,进水口进水流量峰值大约为流出流量峰值的2倍左右,进水口流入的流量大于出水口流出的流量;进水口流入流量和流出流量(漏水)都较大,两者的差值与出水口流量的差值一致,遵守质量守恒定律.研究结果可以为垂荡式波浪浮子射流装置的工程应用提供一定的参考依据.
46.波浪能在船舶上应用及展望
- 熊玮;谷汉斌;刘海源
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：浩瀚的海洋拥有无限资源,随着人类科技发展和不断进步,对于海洋能研究越来越深入.波浪能是海洋能中应用前景很广的新型、绿色、清洁、可再生能源,特别是在海洋浮标灯、海岛发电、波力电站等方面.通过对波浪能发电历史和发展趋势的研究,基于波浪能发电特点,主要从各种船舶特点及其作业方式等方面,分析了波浪能在船舶上应用的可行性.最后总结了适合在船舶上利用波浪能资源发电的几种情况,并讨论了波浪能在船舶上的应用趋势.
47.巴伦支海风能资源评估
- 段成林;王智峰;廖振焜;董胜
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：巴伦支海位于挪威与俄罗斯北方,是北冰洋的陆缘海之一.自2005年以来,海冰迅速融化,无冰海域面积呈现逐年扩大趋势.采用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)1996-2015年风和海冰密集度等再分析数据,对巴伦支海进行风能评估.通过合成计算20年距海面10m处的风速数据,绘制全海域年平均风能空间分布图,发现巴伦支海风能蕴藏较丰富,西部海域风能最大,年平均风功率密度达到500W/m2以上.以1月、4月、7月和10月为代表月份,分析巴伦支海风能季节变化情况,绘制月平均风能分布图,发现冬季1月份风能密度最大,夏季7月份最小.此外,统计分析20年海冰密集度数据,分析巴伦支海冰缘线变动趋势,确定无冰海域范围,并选取6个海域代表点,绘制出风能玫瑰图,分析并确定了不同海域点处主要控制风向和风能区间.基于对巴伦支海风能进行评估,为无冰海域风能开发提供参考,为缓解海洋石油平台用电压力提供科学依据.
48.平台运动诱导立管涡激振动响应研究
- 付世晓;李润培;张萌萌;王俊高
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：钢悬链线立管是深水油气资源开采中极具潜力的立管形式.在顶部平台运动下,钢悬链线立管会与周围流体间形成相对振荡来流,进而发生涡激振动.为了提升对这一现象的认识和理解,在上海交通大学海洋工程国家重点实验室开展一系列平台运动作用下大尺度钢悬链立管涡激振动水池模型试验.试验应用强迫运动装置带动立管顶部运动实现模拟平台运动,应用光纤光栅传感器(FBG)测量立管表面应变响应.借助小波分析等数据分析技术,探究平台垂荡运动、钢悬链线立管面内全局动力响应、立管周围等效振荡来流、立管面外涡激振动四者之间的内在关联特性,并对其疲劳损伤特性进行定量分析.研究结果定量地证实了顶部平台运动可以诱发钢悬链线立管发生涡激振动,这种涡激振动具有显著的"时间变化"和"空间变化"特性.更为重要的是,平台运动诱导的面外涡激振动在立管疲劳损伤上的贡献与等效的背景洋流工况、平台运动引起的面内全局动力响应相当,处于同一损伤量级,从而进一步指出了平台运动诱导的钢悬链线立管涡激振动在立管设计分析中不可忽略.
49.南海流花海域海流特性分析和极值预测
- 刘明;武文华;王世圣;冯加果;岳前进
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：海流是海洋工程设计的重要荷载因素,具有强随机性和非平稳特性.海流荷载模型的不准确性将给海洋工程结构设计带来巨大隐患,因此基于原型实测的海流特性分析和极值预测对海洋工程结构设计至关重要.本文根据"南海挑战号"原型监测系统获取的长期海流监测数据,开展了对"LH4-1"海域流速、流向分布的统计研究,分析了海流的时、频域变化规律和周期特征,研究了流速在不同时间尺度下的概率分布形式.进一步针对于海洋工程设计需求,基于ACER(Average Conditional Exceedance Rate)函数,发展了不依赖于传统极值渐进分布的流速剖面多年一遇极值预测方法,并结合实测数据推算了"LH4-1"海域流速剖面的多年一遇极值分布.研究成果可为中国南海海流水文气象研究和深水油气田开发中海流荷载模型提供参考.
50.地震诱发海底形变过程对水面波动场的影响研究
- 任智源;赵曦;王本龙;刘桦
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：海啸一般是由海底地震引起海底大范围变形,进而诱发海水的表面波动,因此海啸的生成是海啸整个生命周期模拟研究中的重要内容.目前,大部分海啸数值模型所采用的瞬时响应假设忽略了地震所引起的板块运动破裂过程和海床形变的过程.本文基于底面运动边界发展的地震海啸动力生成模型和浅水波方程,利用反演得到具有运动时间历程的单元板块参数,可用于模拟研究地震所导致的海底复杂破裂过程及水面波动场的时空响应.利用该模型分别针对2004印度洋海啸和2011日本地震海啸进行模拟计算,结果表明该模型可以较为准确模拟复杂海底变形及海啸波动和传播过程,尤其对于破裂速度慢、运动时间长的地震,该模型具有明显的优势.本文还讨论了常水深条件下,不同的板块破裂速度对水面初始波动和传播过程的影响,对复杂性地震震源机理的分析和极端海啸的风险评估有一定的参考意义.
51.波浪通过系列新型Bragg潜堤之研究
- 岳景云;庄世璇;陈韦翰;江恺
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：将矩形潜堤原本水平之堤顶改成复合式沙涟状,称之为"新型Bragg潜堤",利用边界元素法数值解析波浪正向入射系列等间距或不等间距"新型Bragg潜堤"之反射率变化,并与传统的半圆形潜堤与矩形潜堤作比较.在等间距配置下,波浪通过系列"新型Bragg潜堤",当2倍之堤宽加堤间距与潜堤上方波长比(即2(B+S)/Lw')大约为整数倍时,波浪会形成Bragg反射;若采用不等间距配置,除了可以降低出现零反射现象外,不论是三座或五座,反射率大于0.4以上的有效带宽,大约都分布在kh=0.5～1.2之间;因此建议采用三座"新型Bragg潜堤"可以节省工程成本,而且向海侧间距取较宽、向陆侧较窄,或是间距对调配置,所得到的反射率峰值是一样的,提供给工程设计作参考.
52.双孤立波诱发的瞬变港湾共振数值研究
- 高俊亮;马小剑
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：采用一组完全非线性Boussinesq模型模拟了由双孤立波入射所诱发的狭长型矩形港内的瞬变港湾共振现象.基于正交模态分解法,定量分离了港内不同共振模态的响应幅值,并进一步系统研究了组成入射双孤立波的两个单孤立波之间的分离距离以及入射波波高的变化对港内相对波能分布的影响.研究表明,所研究的特定港口中入射波波幅和波形变化范围内,组成入射双孤立波的两个单孤立波之间的分离距离较小时,波能在不同模态上的分布呈现出较小的波动性;而随着两个单孤立波之间的距离逐渐增大,波能在不同模态上的分布则呈现出了越来越强的波动性.当入射双孤立波波高较小时,港内波能主要集中在最低的几个共振模态;随着入射双孤立波波高的增大,港内波能在不同模态上的分布逐渐趋于均匀.
53.模拟聚焦波浪的非静压模型研究
- 艾丛芳;潘澍;马玉祥
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：为了模拟聚焦波浪问题,基于Navier-Stokes方程建立了三维非静压模型.控制方程的求解采用压力修正法.模型采用分层式的三维网格来离散计算域,所形成的三维网格系统由水平方向的矩形网格和垂向分层式的结构化网格组成.模型还采用了新颖的变量定义方式,最终求解的压力Poisson方程是对称正定的,可以采用预处理共轭梯度法有效求解,提高了模型的计算效率.为了模拟强非线性的聚焦波浪问题,模型在垂向采用广义贴体坐标系统.该坐标系统不仅具有普通贴体坐标的特征,而且对垂向分层网格的生成控制具有更大的灵活性,可以有效减少较大波陡所引起的压力梯度误差.通过与试验数据对比,验证了所建立的模型模拟单向以聚焦波浪的能力,揭示了单向聚焦波浪的非线性与输入振幅之间的关系,还揭示了单向聚焦波浪的非线性对聚焦位置和聚焦时间的影响.
54.表面张力作用下液滴冲击液膜的数值模拟
- 胡子俊;方舟华;赵西增;孙志林
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：基于CIP方法开展了表面张力作用下液滴冲击液膜现象的数值模拟.模型采用紧致插值曲线CIP(Constrained Interpolation Profile)方法离散Naiver-Stokes方程,通过THINC/SW(Tangent of Hyperbola for Interface Capturing/Slope Weighting)方法重构了自由面.表面张力采用CSF(Continuum Surface Force)模型求得,其中法向量和曲率通过高度函数(HF:Height Function)计算.通过与文献中数值计算结果和理论计算结果对比验证了高度函数方法求解表面张力的精度.研究结果表明,基于CIP方法,结合高度函数HF方法计算表面张力可准确重现液滴冲击过程中的复杂自由面现象.
55.向岸移动的低气压引起的海面波动模式研究
- 陈祎祥;牛小静
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：快速移动的大气压强扰动能够引起显著的海面波动,引发"气象海啸".本研究基于非线性浅水方程构建了数值模型,对低气压从深海向海岸移动过程中产生的水面波动进行了模拟分析.结果表明低气压在斜坡上引发的水面波动形态会随着当地水深的改变而不断变化.气压运动速度与当地浅水波速的相对大小对水面波动形态起到决定性作用,在二者速度接近时将激发共振,随着气压运动速度逐渐接近并超过当地浅水波速,增水形态将从类同心圆分布演化为三角形分布.这与在无限大、等水深海域的分析类似,但最大波高的激发以及波动形态的转换并不发生在气压移动速度与当地长波波速相等的位置,具有弛豫效应.研究中探讨了模型中流动非线性、底摩擦、水体紊动等主要参数对共振发生时产生的最大增水幅度的影响,并在此基础上分析了坡度、气压扰动尺度、气压运动速度等参数对水面波动形态变化以及增水幅度的影响规律.结果显示,高速、大尺度的低气压在缓坡上行进时将产生更大且持续性更强的高水位.
56.基于Fluent的二维非线性数值波浪水槽构造及验证
- 胡杭辉;邓争志;胡子俊;赵西增;姚炎明
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：本文旨在波浪水槽中得到稳定、可重复的波动过程,提高海洋工程相关问题的研究效率,应用基于N-S方程和VOF自由面捕捉方法的Fluent软件建立了同时具有造波和消波功能的二维数值波浪水槽.采用基于势流理论的二阶Stokes波,利用Fluent用户自定义函数(UDF)定义边界水质点速度生成入射波;同时,针对数值波浪水槽末端区域,通过在动量方程中添加人工阻尼源项的方法实现动量源项消波.文中通过改变空间网格密度及时间步长,验证了二维数值波浪水槽的合理性及有效性.通过与Luo等得出的波浪力结果对比,及模拟得到的OWC气室压强初步结果,保障了本文建立的二维数值波浪水槽可作为波-结构相互作用及波浪能吸收装置数值研究的有效工具.
57.深水急流海峡湍流流速分布研究
- 孙志林;董海洋;李霖生
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：通过设计室内水槽概化模型试验,以三角形和梯形底床模型模拟狭道内凸底床,选取底床坡度为J=0.23、0.32、0.40、0.53,选用不同的试验流量,使用ADV声学多普勒流速仪对流场进行观测,得到不同坡度及底床深度比下的紊动流场分布情况,结合海峡现场观测数据,对凸底床深水急流海峡湍流的流速、紊动强度等的竖向分布规律进行总结和研究.研究发现:在凸底床迎水面出现流速较小的区域,紊动强度较大;无量纲垂线最大流速出现的位置与底床坡度有关,随着底床坡度增大,垂线最大流速出现的位置下降,而无量纲最大流速受底床坡度影响较小,存在凸起底床时无量纲最大流速大于无凸底床存在的情况.
58.珊瑚岛礁附近孤立波传播变形实验研究
- 何文润;刘增晟;姚宇;蒋昌波
- 《第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会》 | 2017年
摘要：为了研究孤立波在珊瑚岛礁附近的传播变形规律,通过在波浪水槽中建立概化的珊瑚岛礁模型,在3种不同礁坪水深条件下,对孤立波在岛礁地形上传播时的自由液面与流速进行了实验室测量.为了获得波浪在整个沿礁传播过程中的变化过程,在岛礁模型附近一共选取了18个自由液面测点与7个流速测点,通过7次重复实验实现.结果表明:孤立波作用于礁前斜坡时,波峰显著变陡,波高沿程增加,在礁缘附近发生破碎后,波高急剧减小,在礁坪上波高沿程衰减,传播到渴湖后,波高无明显变化;对比不同水深情况,礁坪水深越浅,波高衰减越剧烈.孤立波的流速峰值沿礁逐渐减小;破碎点附近,水流呈现超临界流状态;潟湖中的流速近乎为零.