杭州湾海域桥梁承台水平方向波浪荷载研究

针对杭州湾海域跨海桥梁承台最大水平方向波浪荷载缺乏普适性计算公式的问题，收集分析了杭州湾海域波浪特性及主要跨海桥梁通航孔桥墩承台尺寸特征。通过矩形概化承台，构建了三维数值波浪水槽模型，根据承台水平方向波浪荷载系列数值计算结果，提出了适用于跨海桥梁承台最大水平方向波浪荷载的简易计算方法，且讨论了计算方法对不同形状承台和不同流速等情况的适用性。结果表明：承台水平方向波浪荷载计算方法的计算结果和前人研究成果基本一致；受承台阻水作用，矩形承台水平方向波浪荷载大于圆形承台，通过修改公式参数，计算方法也可以用于不同形状承台水平方向波浪荷载计算；随着流速增加，承台水平方向波浪荷载也在逐渐增加，承台水平方向波浪荷载随承台相对长度kb的变化规律与纯波情况基本类似，但最大水平方向波浪荷载对应的kb有所减小。     

定常风作用下太湖波浪场数值模拟

太湖的水环境治理一直是我国水污染防治领域里的重要课题,湖泊的波浪条件影响湖区富营 养化过程,因此掌握太湖波浪条件对治理太湖水环境十分重要。应用ＭＩＫＥ21ＳＷ模型对不同风向、不 同风速条件下太湖波浪场进行数值模拟,并选取不同位置的采样点,根据规范公式计算各采样点在相同 风况下的波浪要素,将规范公式计算的波浪要素和模型计算结果进行比较,结果表明ＭＩＫＥ21ＳＷ模型 可以很好的模拟太湖在定常风作用下波浪的生长和传播,可以将ＳＷ模型应用于湖泊波浪数值模拟。     

莺歌咀附近岸段沿岸输沙率的计算与分析

作为评估海岸工程设计是否合理的理论依据之一,沿岸输沙率的计算与分析必不可少。在沿岸输沙波浪要素计算时,采用波向线法,并进一步考虑流和潮位对折射系数的影响,得到较为准确的波浪要素。根据得到的波浪要素,采用波能流法计算沿岸输沙率,用实测资料进行验证,并与已有结果进行比较,具有较好的一致性。将该数值计算方法应用于莺歌咀附近岸段沿岸输沙率的计算,对工程区域的泥沙运动规律进行预测和分析。     

杭州湾内台风浪模拟研究

杭州湾自然地理条件特殊、社会经济发达,研究杭州湾内台风浪特征对该地区的防灾减灾具有重要的现实意义.现选用藤田台风模型模拟台风场,采用基于动谱能量平衡方程的SWAN模型模拟台风浪,计算了台风Winnie过程中杭州湾内的波浪情况.通过分析台风过程中不同时刻杭州湾内波高分布图,得到波高的空间分布变化规律;并将波高数据进行回归分析,得到了杭州湾内波高与风速和水深的相关关系.     

波浪环境中垂向紊动射流的三维数值模拟

实验结果显示在持续的波浪环境中污染物稀释度比无波环境有显著提高,但是关于波浪要素与污染物浓度分布之间的关系的研究还不充分,结论还不统一,需要在实验及数值计算等方面对这个课题作更深入的研究.本文采用非线性紊流模型和VOF方法建立了波浪环境中垂向紊动射流的三维数值模型,通过改变波浪参数做了大量的数值模拟实验.基于数值模拟结果,重点分析了射流初始稀释阶段污染物浓度分布和波浪要素的关系.     

基于时域格林函数的有航速船舶与波浪相互作用的数值模拟

基于深水时域格林函数的数值处理方法及开发的计算程序,采用三维时域数值模拟方法,在线性势流理论框架内对深海波浪中航行船舶的辐射问题和绕射问题进行了求解,研究探讨了航行船舶与波浪相互作用问题.研究中对不同航行速度的Wigley型船水动力系数和波浪力进行了数值计算,通过与试验及文献计算结果的比较,验证了三维时域数值计算程序的有效性.     

一维数学模型在堤前滩面短期演变计算中的应用

采用波浪上涌区的输沙率计算公式和波浪浅化区及破波带内的泥沙输沙率计算公式,建立波浪作用下海滩横向冲淤演变的一维数学模型,用以模拟风浪引起的床沙短期运动及滩面的冲淤空间变化。将该模型应用于杭州湾某海防工程堤前滩面的冲淤演变计算,模拟了某次台风期间堤前滩面的冲淤变化,并与实测资料进行比较。模拟结果表明该模型对于台风期间堤前滩面的冲淤变化可以给出合理的模拟结果,冲淤部位及冲淤量均达到一定的工程精度要求,且该数学模型数值求解简单易行,计算效率较高。     

杭州湾秦山水域设计波浪数值模拟

根据杭州湾地理、波浪特点及测站布置情况,通过测站波浪变形计算和以风速资料进行风浪成长、传播计算2种途径,采用SWAN模型对秦山水域设计波浪进行模拟和分析,并对计算方法和模型的适用性进行了探讨.     

大尺度柱状结构物波流荷载研究

大型深水工程往往面临水深、浪大以及流急等复杂自然条件,将受到巨大的水平波流力,在工程设计中需准确考虑波流力的大小.通过在波流水槽进行圆柱、方柱和矩形柱波流力系列试验,进行大尺度柱状结构物波流荷载研究,同时建立数学模型,应用边界元法求解大尺度柱体上的波浪荷载,编写了Fortran程序计算波浪力,运用柱体绕流理论计算水流力.对比分析试验结果和数值计算结果提出了波流力工程计算方法:对于深水大尺度柱状结构物波流力可由波浪力线性迭加水流力再乘以1.04得到,计算中波浪要素采用水流影响下的要素,水流力采用柱体绕流求得.按此方法计算波流力,并与物理模型试验结果进行对比,两者误差较小,满足工程设计的精度要求.     

典型风况下兴凯湖波流耦合数值模拟研究

兴凯湖是中俄界湖,湖区流场和波浪场的观测数据及相关研究工作十分匮乏。针对兴凯湖典型风况下波流耦合数值模拟问题,在兴凯湖风场及湖水位特征分析的基础上,首次采用Delft-3D模型对兴凯湖流场和波浪场进行耦合数值模拟,分析了流场和波浪场的结构,并与太湖实测流场进行了对比分析。另外,利用相关规范中的公式计算了流场和波浪场的相关水力要素,验证了数值计算结果。经分析认为,波流耦合作用是兴凯湖北岸泥沙淤积、湖岸冲蚀破坏的主要原因。研究成果对兴凯湖北岸的防护工程建设及水资源保护具有重要意义。     

近岸波浪的Boussinesq型方程模拟及其应用

该文首先对近岸波浪数学模型的研究、发展、应用进行了回顾和总结,对各类波浪数学模型的特点进行了简单分析。基于改进的Boussinesq型方程建立了一个完整的近岸波浪数学模型,通过对方程的拓展,综合考虑了模型的造波、消波、动边界处理、波浪破碎等问题。拓展后的数学模型用P-C（预测-校正）法进行数值求解,计算效率高、稳定性好。采用两个经典地形试验数据对模型进行了的验证,数值结果和实验值吻合较好。最后,利用该模型进行了某渔港港池内波浪条件的数值模拟,给出了不同时刻港池内的波面情况,得到了合理的结果。     

聚焦波浪与直立圆柱作用的数值模拟

基于Fluent平台建立了可用于波浪传播模拟的数值计算水槽,利用不同波浪参数的线性规则波模拟分析了网格尺度L/Δx对产生波浪质量的影响,确定数值水槽的网格划分尺度,并验证了阻尼消波的有效性。在此基础上,用模拟频谱的方法对聚焦波浪的传播进行了数值模拟,通过数值模拟与物理试验不同位置处的聚焦波波面和聚焦点下水质点速度时间过程线对比,验证了模拟频谱方法数值计算的有效性。进一步对聚焦波浪与直立圆柱的作用进行了数值模拟,数值模拟聚焦波面过程、聚焦波浪水质点速度、圆柱周围波浪波动过程、圆柱上所受的波压力等,并与试验结果进行了对比,数值计算结果与试验结果吻合很好,验证了所建立的数值水槽的有效性。对聚焦波波面和压力特征值进行了误差分析,并分析了误差的产生原因,为进一步研究聚焦波浪与工程结构物的作用奠定基础。     

江苏如东海域波浪数值模拟研究

根据如东海域地形、波浪特点及验证点布置情况,以如东海域的风速资料为基础,依据风生浪的理论和方法推算风浪尺度,采用MIKE21 SW数值模型对如东海域的设计波浪要素进行模拟和分析,根据波浪验证点的要素对比来验证模型模拟的准确性和可靠性,解决了因实测资料缺失导致传统方法无法计算的局限性,并对计算方法和模型的适用性进行了探讨。计算成果作为基础性资料,可广泛应用于海上风电领域的工程建(构)筑物的设计。     

大鹏湾六月海堤重建工程设计波浪要素研究

基于SWAN模型,对六月海堤重建工程设计波浪要素进行了数值计算,研究表明:堤前强浪为外海S向波浪所致,50年一遇高水位和50年一遇波浪组合作用下的H13%波高为3.53m,平均波周期为9.8s。     

对水库波浪要素和砌石护坡等问题的分析

本文主要根据水利水电科学研究院(以下简称水科院)原水工研究所对密云水库、洋河水库、鹤地水库、渤海湾和杭州湾等所作的大型波浪原体观测资料,对波浪要素、波浪爬高、风壅水面及砌石护坡进行了统计分析,并结合室内波浪水槽的试验成果,提出了土石坝的超高及砌石护坡厚度的一些计算公式,供水库工程设计时参考.     

曲线坐标系下波浪传播的数学模型及其比较与验证

引入自适应网格技术,建立了曲线坐标系下考虑能耗影响的缓变水深水域波浪传播的数值模拟模型,通过在模型中引入能量耗散项以更好地处理全透射边界。基于原型缓坡方程,完善了等水深的轴对称双导堤水域内波浪传播的精确解表达式及其计算结果;提供了等水深的环形河道水域内较为详细的精确解。在极坐标系下就等水深的轴对称双导堤水域内波浪的传播,推导了缓坡方程的小角度抛物近似模型的解析解表达式。就上述两水域内波浪传播的数值模拟模型的数值解、抛物近似模型的解、精确解进行了详细比较,说明数值解与精确解相吻合、数值模拟模型比小角度和大角度抛物近似模型具有更高的精度。数值模拟模型能较好地模拟水深复杂变化的地形上波浪的传播,能有效反映波浪传播过程中的多种物理现象。     

波浪与透空式水平板相互作用数值模拟研究

基于计算流体动力学软件Flow3D,建立了模拟规则波与透空式水平板相互作用的三维数值波浪水槽。将数值模拟结果与实验资料进行了对比验证,结果表明,所建三维数值波浪模型能准确计算出作用在平板上的波浪浮托力,并能很好地模拟出波浪遇平板发生的波面流场变化及作用在平板底部压强分布变化。将模型应用于计算作用在海洋平台主船体底部波浪浮托力,所得结果可为工程设计提供参考依据。     

改进的非线性波传播数值模型的验证和应用

基于吸收入射边界上反射波的方法,并通过将统一边界条件表达式推广到适应不规则波的情况,改进了非线性波传播的数值模型.将利用模型的线性版本(略去非线性项)所计算得到的台阶地形上波浪的反射和透射系数与相应的解析解进行了定量比较.在斜坡地形上数值模拟了不规则波的传播,并将数值结果和物理模型实验值进行了比较.在下游边界分别为开边界和全反射边界的等水深的水槽内数值模拟了不规则波的传播变形,讨论了非线性作用的影响.在侧边界和下游边界均为全反射的固壁边界、二维的等水深水域内,数值模拟了波浪斜向入射时所产生的波浪变形.计算结果表明,对上述各种算例,改进后的非线性波传播数值模型均能进行有效地数值模拟.     

Mathcad在不同频率波高换算中的应用

利用Mathcad软件的数学求解功能,计算波浪要素,从不同频率波高分布函数角度出发,对不同频率下的波高进行换算,并与规范方法进行对比,两种方法结果一致,相对误差很小。采用Mathcad进行波浪要素计算及波高换算,值得在工程中加以借鉴和推广。     

台阶地形上波浪运动的数值研究

波浪在水深剧变地形上的传播，可以简化为波浪在台阶地形上的传播.利用二维数值波浪水槽可以很好地模拟这一过程，特别是对波浪在台阶上的非线性变形.数值计算结果与实验测量进行了比较，结果吻合良好.