连续密度跃层中第二模态内孤立波及其波致流场实验研究

该文在大型分层流水槽中开展了连续密度跃层中第二模态内孤立波及其波致流场的实验研究。利用分层流体重力塌陷原理,该文实验模拟了连续密度跃层中“上凸下凹”型的第二模态内孤立波,利用电导率探头阵列和粒子图像测速技术测量第二模态内孤立波及其波致流场,获得了连续密度跃层中充分发展第二模态内孤立波的几何与波-流场非均匀结构,以及波幅变化对第二模态内孤立波的波要素关系和波致流场特征的影响。研究结果表明：连续密度跃层中,第二模态内孤立波波形几何特征表现为上凸下凹的卵形波包状,波形非均匀垂向结构特征表现为波幅和波长随深度的非均匀变化;第二模态内孤立波波包上凸与下凹域分别形成逆时针和顺时针环流,两者组合为一对上下反对称的环流并共同向前传播;第二模态内孤立波波速随波幅的增大而增大,波长则随波幅的增大而减小;水平和垂向流速强度与特征波幅呈正相关关系,且水平流速强度大于垂向流速强度。该文提升了对实际海洋层化条件下第二模态内孤立波及其波致流场的认识。     

ADV在波浪边界层流动特性研究中的应用

本文介绍新声学多普勒流速仪（Acoustic-Doppler Velocimeter）技术在波浪流动特性研究中的应用。通过波浪水槽试验,利用ADV测量椭圆余弦波作用下不同底床情况,垂线上各点的瞬时流速。将瞬时流速进行相位平均,计算了各点的紊动强度。试验结果显示：在平底床面,水平流速u沿水深变化曲线体现了椭圆余弦波流速的不对称性;分析紊动强度沿水深分布,两种床面上水平流速u的紊动强度明显大于另外两个方向,沙纹床面上由于受到分离涡的影响,紊动强度沿水深分布和平坦床面上的特性有较大不同。     

Boussinesq方程的二阶椭圆余弦驻波解

等深浅水域中的流体运动可由Boussinesq方程描述.众所周知,该方程有行进波解(孤立波及椭圆余弦波).本文则以Boussinesq方程为控制方程,利用渐近匹配法对椭圆余弦波在直墙上反射进行研究,给出了反射过程中内、外场波形及速度变化的解析表达,从而得到了Boussinesq方程的二阶椭圆余弦驻波型的解析解,并讨论了这类驻波的若干性质.当波长无限增大时,所得解析解收敛于孤立波的情况.这些解析结果不仅有助于揭示岸坡对非线性浅水波影响的力学机理,在海岸防护和开发和岸壁附近结构物的设计条件等工程领域中也具有现实的指导意义.     

VOF方法模拟波浪槽中二维非线性波

造波板运动生成非线性波问题是研究物体与波浪非线性相互作用的典型例子。本文研究了用ＶＯＦ方法模拟波浪水槽生成非线性波（孤立波和椭圆余弦波）的问题，为实现造波板在计算中可以做穿越网格的大幅值运动，本文采用在压力迭代中调整造波板邻近单元中压力来满足造波板上流体运动条件。对开路边界条件和自由表面与物面交点处边界条件也提出了处理方法，计算结果与实验结果和解析结果进行了对比。     

振荡层流边界层运动的格子Boltzmann模拟

将波浪作用下的振荡边界层问题化为振动平板边界层问题，利用格子Boltzmann方法中不可压缩的模型模拟了线性波和椭圆余弦波作用下的层流边界层流速变化，并和理论解进行了比较。算例表明，不同波浪条件下的数值模拟结果和理论解吻合较好，仅在流速较小的相位时两者在近床面处有较大误差，误差的形成主要与边界条件的精度有关。     

浮泥海床上孤立波的粘滞衰减

本文将海底浮泥作为粘性流体处理,利用分层流体模型,首次研究了浅水孤立波在浮泥海床上的衰减。在分层流体模型中引入了三个边界层,理论推导分析得出了边界层内外的流速分布;由边界层内粘滞能量损失推求出波高沿程衰减系数。为证明本文理论,采用天津新港浮泥进行了水槽实验,实测波高沿程衰减与理论预测值符合良好。     

椭圆余弦波对透空直立防波堤波浪力解析计算

根据椭圆余弦波理论与水波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了浅水区水波对透空防波堤的波浪作用,并取得了满足椭圆余弦波一阶分量边值问题提法的反射和透射波势的数学解。由此得出作用于直立透空防波堤的水平波浪力和力矩算式,并与浅水条件下的Airy波理论加以比较,说明浅水条件下椭圆余弦波理论更能反映非线性因素变化对波浪力及力矩的影响。     

椭圆余弦波对V形防波堤绕射波浪力的解析计算

应用椭圆余弦波理论,给出了V形薄壁防波堤的浅水波绕射理论解,对现有Airy微幅波理论进行了有效拓展。通过对V形防波堤的浅水波浪力进行试算,揭示了椭圆余弦波对防波堤的作用规律。计算结果表明:椭圆余弦波理论计算的V形防波堤的最大无量纲波浪力明显大于相同浅水条件下Airy微幅波理论的对应结果,该方法有效拓展了无限长直立薄壁堤的反射波理论。此外,浅水波入射角、V形堤张角和防波堤臂长与水深比等参数的变化均将对V形堤的波浪作用产生相关影响,而V形堤的实际绕射波浪力幅值将随浅水波特征参数值的增大而增大。     

两层模式下内波K-dv方程的频散关系

为了更好地了解内孤立波的特性,分别利用椭圆余弦波方法和摄动展开方法,对两层模型下内孤立波K-dv方程的频散关系进行了推导。结果显示：利用后一种方法得到的两层模式下内孤立波K-dv方程的频散关系是一种方便、实用的解析式。据此解析式可进一步得到内孤立波半波宽度与内波波数间的关系,从而可将内孤立波理论与内波合成孔径雷达（SAR）图像联系起来。用此解析式计算得到的内孤立波频率和相速度与实测结果具有很好的一致性,因而为进一步进行分析和利用数据估计内孤立波的部分参数提供了理论依据。对解析式中频散项和非线性项量级的进一步分析认为,非线性项的作用在从SAR图像中提取内波振幅等参数时最好不予忽略。     

局部开孔防波堤对斜向波反射的理论分析和试验研究

本文通过理论分析和试验研究相结合的方法，探讨了斜向规则波与局部开孔防波堤的相互作用。流体运动的计算域被分成两个子域，一个区位于开孔沉箱结构物外侧，另一个区位于结构物内。在每个子区域内，应用分离变量法和特征函数展开法以求得相应的速度势，在速度势的特征展开中考虑了非传播模态波。理论计算与试验结果对比表明，二者符合较好。基于对不同因素影响的分析，给出了斜向规则波在局部开孔结构前反射率的简化计算公式，在工程设计中可用于预估类似条件下结构物前的波浪反射率。     

THE STATISTIC CHARACTERISTICS OF IRREGULAR BREAKING WAVE FORCES ON VERTICAL WALLS

ＴＨＥＳＴＡＴＩＳＴＩＣＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＴＩＣＳＯＦＩＲＲＥＧＵＬＡＲＢＲＥＡＫＩＮＧＷＡＶＥＦＯＲＣＥＳＯＮＶＥＲＴＩＣＡＬＷＡＬＬＳ￥ＬｉＹｕ－ｃｈｅｎｇ；ＬｉｕＤａ－ｚｈｏｎｇ（Ｄｅｐｔ．ｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ...     

浅水深对160kDWT FPSO水动力系数的影响

FPSO系泊于浅水中时,由于安全性问题,浅水深对其运动与载荷的影响正逐渐引起重视。本文利用三维线性势流理论和源汇分布法研究一艘160kDWTFPSO在浅水中的辐射问题,对不同水深下FPSO的水动力系数进行了数值计算。结果表明,浅水深时,一方面,3个垂向运动(垂荡、横摇和纵摇)附加质量有显著增加,特别是水深吃水比减小到1.3后,更是以几何倍数增长;另一方面,6自由度运动的阻尼系数均有明显增加,特别是横摇阻尼系数,随着水深吃水比的减小而成倍数增长。由于浅水中水动力系数的显著增加,FPSO垂向运动幅度也必将较大地趋于缓和,从而不易导致浅水FPSO碰底现象的发生。     

Study of the natural vibration characteristics of water motion in the moon pool by the semi-analytical method

The three-dimensional natural vibration characteristics of water inside a moon pool of an ocean structures are studied. The governing equations are derived based on the linear potential flow theory, and the boundary condition of the total opening bottom suggested by Molin is adopted. A semi-analytical method is used to solve the governing equations, and the natural frequencies and the motion modes are obtained. Two types of motions are studied:(1) the piston motion in the vertical direction, and(2) the sloshing motion of the free surface. The influences of moon pool's structural parameters on the natural frequencies, and the modal shapes are analyzed.     

AN EXPERIMENTAL STUDY ON VERTICAL HYDRODYNAMIC FORCE ON A CIRCULAR SLAB NEAR FREE SURFACE BY WATER WAVES

NOMENCLATUTE d—— water depth D—— diameter of slab Fz—— vertical force on slab Fzu1/3——upward force Fzd1/3——downward force g——acceleration due to gravity H——wave height for regular wave Hs——significant wave height for random wave L——wave     

波浪作用下污染物的混合和离散

本文建立了基于Sigma坐标的对流扩散数学模型，提出了通过数值模拟结果计算波浪场中纵向离散系数的方法，并通过数值模拟对波浪作用下污染物的混合和离散进行了研究。文中研究了水质点垂向振动和波浪参数对混合过程和纵向离散系数的影响；非各向同性扩散系数对纵向离散系数的影响；以及扩散系数的垂向分布对纵向离散系数的影响。研究结果表明，水质点的垂向速度对纵向离散系数有显著影响；若按波浪场中常用的湍流模型确定湍动扩散系数的分布规律，扩散系数的垂向分布对纵向离散系数的影响并不明显。     

直墙上不规则波近破波的波浪力

本文基于物模试验、因次分析和实例验证等综合分析方法对直墙上不规则波近破波的水平力计算方法、其压力分布图式和墙底浮托力的计算方法进行了研究。文中推荐方法与工程实例符合较好。     

THE IRREGULAR BREAKING WAVE FORCES ON VERTICAL WALL

A method for the calculation of total horizontal wave forces by irregular breaking waves on vertical wall was developed by authors, which was based on physical model test, dimensionless analysis and assessment of real construction. The methods for the determination of pressure distribution of horizontal forces on vertical wall as well as u-plift forces on the bottom of wall are also given. The comparison between calculated results by this method and samples of real construction are very well.     

直立堤前海床的冲刷

本文对立波，远破波，近破波作用下直立堤前海床的冲刷进行了系统的研究。指出了不同波浪作用下直立堤前海床的冲刷形态；分析了堤前冲刷机理；提出了不同波浪作用下堤前冲刷深度公式。     

SURFACE AND INTERFACIAL GRAVITY WAVES INDUCED BY AN IMPULSIVE DISTURBANCE IN A TWO-LAYER INVISCID FLUID

The transient gravity waves due to an impulsive source in a two-layer fluid system are investigated analytically.The fluid is assumed to be inviscid and incompressible.The density of each of the two layers is constant.Five different boundary conditions are considered.The depth of each of the two layers is infinite or finite.The upper fluid of finite depth is covered by a rigid lid or a free surface.Based on the assumption of small-amplitude waves,a linear system is established.The integral solutions for the free-surface and interfacial waves are obtained by means of the Fourier-Laplace transform.The corresponding asymptotic representations are derived for large time with a fixed distance-to-time ratio by the Stokes and Scorer methods of stationary phase.The analytical solutions show that there are two different modes,namely the free-surface and interfacial wave modes.The wave profiles observed depend on the relation between the distance-to-time ratio and the maximal group velocities and on the limiting values of the second derivatives of the frequencies as well.