长峰不规则波数值模拟的相关问题

针对波浪数值水池研究现状,提出了长峰不规则波数值波浪水池研究亟待解决的3个问题:海浪谱的拓展、波能衰减机理讨论及长峰不规则波数值模拟精度评价标准.基于黏性数值波浪水池技术,以文氏海浪谱为目标谱,对深水长峰不规则波进行了数值模拟;分析了数值模拟中波能衰减的主要原因,并提出了基于优化网格生成和离散格式的减小衰减的方法;根据《水面船模耐波性试验规程》对数值模拟结果进行了误差计算,并提出了适用于不规则波数值模拟评价标准的建议.     

不规则波发生器

<正> 波浪发生机是海洋工程、港口工程和船舶工程领域中进行试验研究的重要设备。为了模拟自然界的波浪要素,国内很多单位都在摸索和试制不规则生波机。本文将介绍法国水工技术工厂制造的可改变波向的不规则生波机和水槽中使用的不规则生波机。生波机的工作原理:波浪由绕轴摆动的推扳产生,推扳由一小惯量的直流变速马达驱动,通过电子设备对马达的控制,使波浪的振幅和周期能很精确地得到调整,以模拟连续变化的波浪模式,不需要停机就能在运转中改变波浪的要素。     

基于高阶谱方法求解波浪在不规则地形上传播的完全非线性数值模型

该文基于高阶谱方法,通过引入造波边界和水底边界条件,建立了能够模拟波浪在不规则地形上传播的完全非线性数值计算模型。对典型的二维波浪bragg反射和波浪在潜堤上传播进行了数值模拟,数值计算结果表明该模型能够很好地模拟波浪的产生、传播及与不规则地形的作用,验证了所建立的数值计算模型模拟波浪在不规则地形上传播的有效性。     

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.     

滩地植物对波浪变形及消浪效果影响试验研究

该文在调查研究的基础上,根据珠江三角洲河岸滩地的实际情况设计了合理的概化物理模型,采用不规则造波机产生的规则波模拟河道中的波浪,用刚性树干和带有柔性枝叶的模型树模拟堤外滩地防浪林,系统分析了波浪在有植物的滩地上传播变形规律,以及植物的枝叶、树干和滩地宽度、滩地上水深、来波要素等对波浪传播变形的影响,分析了滩地上植物的消浪效果.     

基于SWASH模型的近岸波浪传播变形数值模拟

SWASH模型是一种新型的非静压时域波浪模拟。为了探讨SWASH模型对于解决近岸波浪传播变形问题的适用性,在对其控制方程、边界条件、数值解法等进行介绍的基础上,采用该模型分别模拟了正向规则波、斜向规则波和斜向不规则波入射条件下L形防波堤附近水域的波浪场和波生流场,并与物理试验结果进行对比。结果表明,SWASH模型较好地复演了波浪在近岸区域所发生的浅水变形、折射、破碎,以及堤前反射、堤内绕射等物理现象,波高沿断面的定量分布与试验结果吻合良好,同时较好地模拟了不同波况下防波堤附近水域的波生流场,说明该模型适用于复杂岸线和地形条件下波浪传播变形的数值模拟。     

波浪布拉格共振研究进展

为给河口海岸防护工程设计和地形演变预测提供科学依据,研究了波浪从外海向近岸传播过程中在一定地形条件下产生的布拉格共振现象。介绍了波浪布拉格共振的定义、特征和研究意义,评述了现场观测、理论研究、水槽试验、数值模拟等4种研究方法的优缺点,总结了波浪布拉格共振类型、低阶共振反射系数公式和高阶共振数值模拟的研究成果,提出了波浪布拉格共振主频下移、不规则波布拉格共振特性、波流相互作用下布拉格共振机理等3个亟待深入研究的课题。     

波浪形态及方向分布对港域波浪传播的影响

航道开挖会对波浪的传播产生显著影响,使港内波浪及泊稳条件发生变化。依托物理模型试验结果,验证了MIKE21中BW数值模型的合理性,证实二者结果吻合良好,随后利用该模型对比分析了在规则波、单向不规则波以及多向不规则波作用下,港域波浪扰动系数的分布规律及区别。结果表明：小角度入射波浪下,单向不规则波与规则波在航道迎浪面边坡发生的波能聚集现象明显强于多向不规则波;多向不规则波的方向分布对波浪在航道中的传播产生影响,波浪方向分布范围越窄,航道的折射效应及能量汇聚过程也越明显,航道边坡上的扰动系数也越大。因此在实际工程的航道设计中,应该考虑到不同形态波浪及多向波方向分布在航道传播过程中的差异,尤其在某些涌浪作用较强、波浪能量分布较为集中的港域,以单向不规则波甚至是规则波作为入射波浪将更加合理安全。     

造波板运动造波的实时模拟

基于势流理论和时域高阶边界元方法,建立了完全非线性数值波浪水槽模型,通过实时模拟造波板运动来产生波浪.采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶Runga-Kutta方法更新下一时间步的波面和速度势,同时应用镜像格林函数消除了水槽两个侧面和底面上的积分,在水槽末端布置人工阻尼层消除反射波浪,通过加速势的方法准确计算速度势的时间导数.利用所建模型分别对规则波和不规则波进行了模拟研究,得到了稳定的波形,与试验结果、理论结果和已发表结果均吻合良好,同时计算了造波板做单一频率运动产生的非线性波浪力.     

不规则波抛物型缓底坡波动方程

使用Kubo近似，导出了不规则波抛物型缓底坡波动方程的折射绕射联合模型。对不规则波抛物型缓底坡波动方程进行数值模拟，并对结与实验进行比较。不规则波抛物型缓底坡波动方程能很好地描述波浪传播过程中的变化，由此，可以预测波浪在传播过程中受到地形及波浪间相互用作而发生的变化。     

波浪传播的数值模拟与物理模拟耦合模型

此文对于二维波浪的传播建立了数值模拟与物理模拟的耦合模型。模型中,数值模拟采用基于改进Boussinesq方程的三角形网格有限元模型,物理模拟采用推板式造波机。模型的求解采用空间五点的拉格朗日插值和时间的四阶Runge-Kutta格式。通过波浪模拟实验研究了耦合模型在不同波浪要素下的适应性。进一步针对于规则波和不规则波分别建立了实时修正由于造波机造波性能所引起的模拟误差的方法。波浪模拟实验结果表明,耦合边界附近数模结果与物模结果吻合很好,实时修正方法能很好修正由于造波机造波性能所引起的模拟误差,耦合模型和实时修正方法能有效建立起数模与物模的确定性联合。     

不规则海浪谱造波及波浪由深至浅传播的演化研究

该文通过试验方法研究了中山大学深浅水水池波浪传播过程,对规则波和不规则波在不同水深、周期条件下的波浪在深浅水传播变化特征进行了描述。结果表明:在不规则波作用下,随着波浪在浅水的继续推进,波浪的能量频域分布出现显著的2倍频谱峰值;无论是否波浪破碎,浅水区波谱的波浪的主频仍与入射波的频谱峰值保持一致,但谱形变宽,产生一些高频的波浪;涌浪传播到浅水区,能量在频域内重新分配,激发出基本频率的整数倍频。研究成果可以为工程实际以及波浪在深浅水地形传播的数模研究等提供试验数据和参考。     

三维问题中二阶波浪力理论计算的注记

一、引言 船舶和海洋工程结构物在波浪中的受力和运动是人们最感兴趣的研究领域之一。许多观察表明,当船舶或海洋工程结构物锚泊在波浪中时,如果波浪是单一频率的规则波,则物体除了产生与波浪频率一致的摇荡运动外,它的平均位置产生漂移;如果波浪是不规则的,还伴之有长周期的摇荡运动,这一运动的频率远低于不规则波的特征频率。这些现象说明,在物体上必然作用有定常的或缓变的波浪漂移力。     

二维水波数学模型的实验验证

为了验证基于缓坡方程的波浪折射和绕射综合问题的数学模型，在波浪水池中，对缓坡地形上的双突堤在规则波，单向不规则波和多向不规则波作用下的折射，绕射综合影响进行了实验研究，并将实验得到的结果和数值计算结果进行了比较。     

水流中波浪谱变形的理论分析与试验研究

基于波浪作用通量守恒和波数守恒的准则,本文提出了一个可用于计算任意水深条件下波面谱、水平速度谱及加速度谱在水流作用下变形的解析分析方法。文中还讨论了底摩擦所产生的能量损耗问题,提出了一个基于等效能概念的线性化剪应力模式。作者进行的不规则波试验表明无论是波面谱、水平速度谱与水平加速度谱或是底摩擦所产生的波能损耗,计算值与试验结果吻合都相当好,因此可在实际工程中确定波况和计算波浪力时予以应用。     

无反射不规则波造波机系统的研究

水槽不规则波的波浪试验中，造波机和建筑物之间波浪的多次反射是影响试验精度的重要方面，本文给出了水槽中不规则波造波机无反射造波的方法，提出了不规则波代表频率的确定方法，长时间造波试验研究结果表明，该文提出的方法是有效的。     

斜坡地形上正向、斜向和多向不规则波统计特征参数研究

目前,大多数关于斜坡地形上波浪统计特征参数的研究都是基于正向入射规则波或不规则波进行的.该文通过物理模型试验,对正向、斜向和多向不规则波在1:15斜坡地形上基于谱矩描述的波浪破碎指标以及波浪的统计特征参数进行了研究.研究结果表明,在该试验条件下,斜向不规则波的破碎指标略大于正向不规则波,而多向不规则波的破碎指标可以采用...     

基于高阶谱方法与CFD计算的耦合模型在不规则波模拟中的应用

基于高阶谱(HOS)方法的势流造波模型可进行波浪的高效率非线性演化模拟,但由于忽略了黏性影响,在研究波浪与物体相互作用中,对于波浪破碎和边界层流场细节模拟等方面很难实现,而黏性波浪水池则有计算量大的局限性。该文建立了基于高阶谱(HOS)方法与CFD计算的耦合模型,外域波浪场依靠势流模型计算,而内域波浪场演化则通过求解Navier-Stokes方程获得,通过松弛区将二者结合,可以避免求解大范围的黏性波浪场而带来的巨大计算量,并且能在波浪与物体相互作用中考虑黏性影响。在对多种波浪类型的模拟以及网格尺度影响讨论中,黏势流耦合模型的适用性得到验证。并在多向不规则波的聚焦波模拟,以及基于势流基础上的大范围长时间演化下得到的极端海浪在CFD域内重构中,黏势流耦合模型都有其成功应用。     

不规则波在一种复杂断面海堤上越浪的数值模拟研究

以不可压缩黏性流体的Navier-Stokes方程为控制方程,利用VOF方法追踪运动的自由表面,建立了立面二维数值波浪水槽。基于经典溃坝算例验证了数值模型的可靠性,然后采用动边界造波技术生成不规则波浪,对复杂断面海堤上的不规则波越浪进行了模拟和分析,计算结果与实验结果符合。     

海上桩基支撑结构不规则波波浪力实验研究

该文针对几种典型桩基支撑结构,实施了一系列不规则波波浪物理模型实验。通过分析波浪力和波要素等实验结果与桩基支撑结构几何特征尺寸之间的关系,提出了当量直径的概念。归纳了统一的桩基支撑结构不规则波波浪力经验公式,同时在此公式的基础上探究了群桩系数的变化规律。