SWAN风浪成长模型在近海设计波浪要素推算中的应用

根据黄、渤海区20 a中最大风速对应的风场过程,利用SWAN模型模拟风浪的成长过程,利用针对模型推算所得的烟台芝罘岛附近海域的系列波浪要素,进行P-III型曲线的拟合分析,得到不同重现期条件下的特征波浪要素。模型计算过程中,只需对美国NCEP和欧洲ECMWF风场后报资料进行简单校正,据此通过SWAN模型推算的特征波浪要素值就可与根据芝罘岛海洋环境监测站现场观测资料推断的波浪要素值基本一致。     

南海风浪环境统计特性分析方法研究

利用WRF气象模式对南海风场进行了数值后报,并以此为驱动场,采用SWAN海浪模式对南海海浪进行了数值模拟研究,得到连续20年的南海风浪资料。通过与观测资料进行对比验证,发现模拟数据与实测数据匹配较好。在此基础上,利用风浪后报数据分析了南海风浪长期统计特征。通过不同分布模型统计结果对比分析,选取误差最小的P-Ⅲ型方法对南海风浪极值条件进行了不同重现期推算,为南海海洋工程设计提供基础数据和科学支持。     

福建沿海台风浪数值模拟及特性分析

以Holland模型风场和CCMP背景风场相叠加构造台风风场,驱动第三代海浪模式SWAN对登陆福建的0908号台风"莫拉克"和1013号台风"鲇鱼"发生的台风浪过程进行数值模拟,并运用Jason-1卫星数据对模拟结果进行验证,结果显示模拟风速、有效波高值和卫星资料值吻合较好。在此基础上分析福建海域的台风浪时空分布特征和近岸三处海湾的波高变化过程,结果显示:台风过程中,最大风速和浪高值均位于台风移动中心右侧,风浪夹角与到台风中心的距离成正比且右侧夹角较小,左侧较大,台风中心对应着浪高的低值区,波高分布在海峡内外表现出较大的不对称性。"莫拉克"过程中,福建东北部海域出现10.8 m大浪,厦门湾、兴化湾、三沙湾内波高主要由风浪引起;"鲇鱼"过程中,福建南部海域出现9.2 m大浪,兴化湾、三沙湾内波高主要由风浪引起,厦门湾受到一定的南部海域涌浪的影响。     

南海北部湾台风浪数值模拟方法研究

对第三代近岸海浪数值模式SWAN控制方程进行简要介绍,并利用由藤田和高桥公式相互嵌套的方法提供了台风风场,用SWAN模式采用大小模型范围嵌套的方式对影响南海北部湾海域的8303号台风浪过程进行了模拟验证,并利用该模式预报了该海域在不同台风作用下的台风浪过程.结果表明,模拟结果与实际海浪观测资料吻合较好,计算预报结果可以为该海域台风浪防灾等提供较为重要的参考.     

最大风速半径对台风浪计算效果的比较研究

依据联合台风警报中心(JTWC)发布的2001~2015年西北太平洋热带气旋最佳路径数据集,分析给出西北太平洋热带气旋最大风速半径之于地理纬度和中心低压的参数化公式。采用5种最大风速半径公式计算最大风速半径,并基于Myers气压场模型和第三代海浪模型SWAN,对发生于东中国海的5场台风浪个例过程进行数值模拟研究,将模拟结果与实测资料进行对比分析。结果表明:台风浪大浪区持续时间和分布的范围与最大风速半径正相关;采用文章拟合公式的台风浪数值模拟结果较实测值的线性回归斜率、平均偏差和最大值偏差均较小,文章拟合公式关于个例台风浪的计算效果较好。     

基于台风浪后报模型的外海重现期波浪要素分析

选用Jelesnianski(1965)热带气旋经验风场模式模拟台风场,采用基于动谱平衡方程的SWAN模型模拟台风浪,对1951—2010年我国东南沿海可能产生较大影响的台风浪进行了推算。在良好的风、浪验证基础上,基于台风浪数值后报结果,将波高数据进行回归分析,通过对广东沿海外海波要素计算结果与实测资料对比,结果表明两者吻合良好,可为海区内工程提供较好的参考。     

SWAN在台湾海峡台风浪场数值模拟中的应用研究

简要介绍了波浪模式的发展及应用较为广泛的几种第三代能量谱海浪模式的特点。为了研究台湾海峡台风浪场的分布特征,以0903号"莲花"台风为例,选取第三代能量谱海浪模式SWAN,充分考虑底摩擦、风、白浪破碎、波波非线性相互作用、波浪浅化效应等物理过程,模拟了该海域的台风浪场的分布特征。将模拟结果与实测波浪、风资料对比分析,结果表明风速、有效波高计算值与实际值符合性较好,SWAN模式在海域的适应性良好。     

透浪建筑物掩护水域波浪数值模拟研究

为了研究透浪水工结构掩护水域的波浪条件,采用MIKE21系列软件的BW模块及SWAN模型对假定工况下的波 浪传播进行了模拟。通过2组数值模拟结果与整体波浪物理模型试验结果的对比,比较了2种数值方法模拟掩护水域波浪条 件的可行性及适用性,然后采用SWAN模型模拟了12级风条件下潜堤掩护水域的风浪场,取得了较好的效果。     

南玛都台风期间平潭湾风浪及风暴增水数值模拟

选用WRF大气模式模拟风场及气压场,利用第三代近岸海浪数值模型SWAN与潮流模型ADCIRC的耦合模型,对福建平潭地区在1111号"南玛都"台风期间的风浪及湾内风暴增水过程进行模拟。台风过境期间,平潭湾内增水最大1 m,波高可达4.5 m,计算结果与实测资料吻合较好,验证了模型在该区域内的合理性。结果表明,WRF模式能有效地反映的大气条件真实情况,选用Ferrier微物理过程及KF积云方案能更好地模拟该台风过程。     

两种海浪模式模拟结果的对比研究

利用合成风场驱动SWAN和WAVEWATCHⅢ这两种海浪模式,分别模拟了墨西哥湾海域和印度洋海域的海浪,并将两种海浪模式的模拟结果与波浪实测资料及Jason-1卫星高度计观测资料进行对比研究。研究结果表明:以CCMP风场为背景风场,合成Myers台风模型风场所得的合成风场能较好地模拟台风风场,但对于部分台风风场,模拟结果明显偏小。WW3对台风浪的模拟效果偏弱,SWAN模拟效果更好,与实测值更接近;对于大范围海域的海浪模拟,SWAN对涌浪传播的模拟耗散较大,模拟的波高和周期均偏小,而WW3模拟效果更好。     

潜堤掩护港域波浪传播数值模拟

采用基于Boussinesq方程的平面二维波浪数学模型,将潜堤作为动边界处理,对潜堤掩护港域的波浪传播变形进行数值模拟研究。首先,采用Ohyama等的潜堤试验数据,就数学模型对人工潜堤上波浪传播变形问题的适用性进行验证探讨;其次,针对某渔港外部潜堤防护工程,采用数学模型进行波浪场推算,分析潜堤的消浪过程,同时将模拟得出的波浪透射系数与国内外经验公式计算值进行对比,结果表明该数值模拟方法是有效的。     

不规则波对透空有梁面板底部缓变作用的数值模拟

采用计算机数值模拟方法,在FLUENT软件计算平台上建立二维不规则波浪模型,对透空有梁面板结构底面受到的波浪缓变压力作用进行研究。通过模拟典型工况,采用低通滤波器方法提取上托力信号的缓变部分,将数值模拟结果和试验结果进行比较,验证模型的有效性。讨论波陡、超高和板宽各因素对缓变压力的影响,进而在模拟数据和已有成果基础上提出板底最大缓变压力的经验公式,为类似工程提供参考。     

开敞式码头船舶系缆力数值分析

基于水动力计算软件Hydro-star和系泊分析软件Ariane,针对在风、浪、流作用下开敞式码头的系泊系统进行完整的准动态时域模拟,根据数值模拟分析求得开敞式码头系泊系统在多种工况下的系缆力,数值模拟分析结果与实际情况基本吻合,可为开敞式码头的设计提供参考.     

波浪作用下单体网格式浮架受力的数值模拟

模型试验表明重力式网箱在波浪作用下，单纯浮架的受力贡献比例较大。本文运用波浪理论，通过建立浮架、锚绳及浮子的运动方程，采用五阶龙格-库塔进行数值求解，得到了单体网格式锚碇单纯浮架的数值计算模式。将计算模型简化为四点锚碇，并将计算结果与实验结果进行了比较，二者符合程度较好。在此基础上，比较了单体网格式锚碇与四点锚碇单纯浮架的受力，结果表明网格式锚碇方式浮架受力较小。     

粘性对方尾船波浪力的影响分析

航行船舶绕射问题的准确求解是预报船舶波浪中运动的基础.文章分别采用基于三维移动脉动源的边界元法和基于RANS方程的CFD方法求解了规则波中航行的方尾船模型的波浪力,并通过与试验结果比较验证了方法的可靠性.CFD计算时通过从波浪力中分离出粘性力,研究了粘性对方尾船波浪力的影响.结果表明,基于RANS方程的波浪力计算结果与试验结果和势流理论结果吻合良好,在长波中与试验值更接近.粘性对船模斜浪航行时的横摇力矩有较大影响.     

海上浮式风机在波浪作用下的动力响应分析

基于三维线性频域势流理论和脉冲响应函数方法计算时延函数与时域波浪力,利用准静定系泊模型来模拟系泊力,利用计算流体力学方法得到粘性阻尼系数,建立了风机在波浪作用下的时域运动方程.论文求解DeepCwind半潜式平台风机的动力响应,计算结果与试验值以及其他数值模拟结果吻合的较好,证明了方法的适用性.     

通州湾区域用海对近岸波浪场的影响

采用CCMP背景风场与Holland梯度风场模型叠加构建新的SWAN驱动风场,对台风"梅花"期间东中国海的波浪场进行数值模拟,并结合卫星数据进行验证,讨论了拖曳力系数饱和值的最适选取,以给小范围提供最佳波谱边界。运用SWAN自嵌套进行小范围数值模拟研究,结合波浪测站实测数据进行对比,对区域用海后保留通道的两种方案进行对比分析。结果表明,台风期间保留西通道较东通道有效波高更小,所取特征站位平均减幅0.10m,最大降幅达0.25m。     

新型捕能消波浮式防波堤数值模拟与试验研究

采用数值模拟和物理试验研究方法,研究了新型捕能消波浮式防波堤savonius型桨叶两种布置形式的捕能及消波性能。利用STAR-CCM+数值仿真软件,通过调用重叠网格、时间二阶离散、增加数值迭代的方法,建立了浮式防波堤三维水动力模型并进行数值模拟。研制了该防波堤物理试验系统,测试浮式防波堤捕能消波性能,综合分析数值模拟与物理试验的结果。结果表明,该新型浮式防波堤在桨叶转动频率与波浪频率相近时捕能功率最大,桨叶并列布置方式的消波性能比桨叶垂直布置方式更为优越。     

数值波浪水池中船舶顶浪运动模拟研究

文献[1,2]进行了数值波浪水池波浪环境的模拟、规则波顶浪中船舶水动力的计算以及船舶辐射问题的模拟.文章在其基础上,基于N-S方程,对规则波中顶浪前进的Wigley船模运动进行了模拟.数值模拟的船模运动结果与DUT(Dem University of Technology)的试验数据进行了比较,分析,二者符合较好.文中与文献[1,2]的研究工作一起,初步构建了真正意义上的基于N-S方程的数值波浪水池.