非线性波浪波面追踪的一种新模式

基于Laplace方程的Green积分表达式和波面BemouUi方程所建立的非线性波动数学模型,是一个时域上具有初始值的边值问题,而精确地追踪自由表面的波动位置,给出波面运动瞬时的波面高度和波面势函数,是建立时域内非线性波浪数值模式的基础。本文采用0-1混合型边界元剖分计算域边界并离散Laplace方程的Green积分表达式,采用有限元剖分自由水面并推导满足自由表面非线性边界条件的波面有限元方程,联立计算域内以节点波势函数和波面位置高度的时间增量为未知量的线性方程组,通过时步内的循环迭代,给出每个时步上的波面位置和波面势函数,从而建立了一种新的非线性波浪波面追踪模式。数值造波水槽内的波浪试验表明,其数值模拟结果具有良好的计算精度。     

基于高阶边界元的三维数值波浪港池

初步建立了一个基于高阶边界元的三维数值波浪港池,港池具有造波和消波功能。采用高阶边界元16节点四边形单元和基于二阶显式泰勒展开的混合欧拉-拉格朗日时间步进求解带自由表面的完全非线性势流方程。模型中对于影响数值精度的问题作了细致的处理。数值计算结果表明本港池可以用来模拟非线性波浪的传播,具有很高的数值精度和稳定性。     

波浪与大开孔消浪结构作用非线性数值模拟

基于二维Laplace方程和边界条件,经过Green转换得到以势函数及势函数法向导数为未知量的积分方程。结合0-1混合型边界元和分区边界元方法建立一个适用于求解波浪与大开孔消浪结构相互作用的强非线性波浪变形数值模式,同时给出开孔板上波动压力的计算方法。通过数模与物模结果对比,该数值模式具有较好的精度,可应用于开孔沉箱防波堤消浪效果的计算和研究,其处理原则对其他低反射海工结构物计算也将有适用性。     

基于高阶边界元的三维数值波浪港池--波浪破碎的模拟

在势流理论的框架内,采用高阶边界元方法和混合欧拉-拉格朗日法,实现了对三维波浪破碎过程的数值模拟.数值模型使用可调节时间步长的基于二阶显式泰勒展开的混合欧拉-拉格郎日时间步进来求解自由表面的演化过程.在所使用的边界元方法中,采用16节点三次滑移四边形单元来表示,这种单元在单元内具有高阶的精度同时在单元之间具有良好的连续性.给出了孤立波的传播和周期性非线性波浪沿缓坡传播的计算结果,表明数值模型具有良好的稳定性.     

波浪问题中唯一可解的高阶边界元方法

本文就波浪与结构物相互作用问题，提出了一个适用于高阶边界元应用的新的积分方程，并利用修改积分区域的方法得了适用于本积分方程的不规则频率消除方法。最后，通过数值计算对附加区域的选择、单元的离散做了研究     

波浪与结构物作用分析的一种高阶边界元方法--自由项和柯西主值积分的直接数值计算

采用直接数值计算方法计算了势流问题高阶边界元方法中的自由项系数和柯西主值积分,建立了波浪与结构物作用的一种高阶边界元方法.通过算例研究了物体表面上固角系数的计算精度和不同网格剖分、不同阶高斯积分点对柯西主值积分的影响.对截断圆柱上的波浪作用力与解析解做了对比,发现本方法具有很高的计算精度,随网格的加密迅速收敛于解析解.     

斜压海洋动力学的一种三维数值模式──Ⅱ.温度、盐度和垂直涡动粘性系数的计算

根据海水温度和盐度平流扩散方程给出一种数值计算方案并采用混合长度理论给出垂直涡动粘性系数的计算方法。对于温度和盐度方程,其平流过程采用了Lax－Wendroff格式,水平扩散采用显格式,垂直扩散采用隐格式。时间步长主要受平流过程的Courant-Friedrichs-Lewy条件限制。垂直涡动粘性系数计算依据Prandtl混合长度理论,并考虑了海水层化的抑制作用,因而其数值与流场及密度场结构有关。温度、盐度及垂直涡动粘性系数的计算与动力方程中内模态的计算同步进行。应用本模式模拟渤、黄、东海由潮流、密度流和风海流迭加而成的综合海流,得出了良好的结果。     

An improved numerical simulation mode of nonlinear wave with consideration of high order terms

In this paper the 0-1 combined BEM is adopted to subdivide the computational domain boundary,and to discretize the Green’s integral expression based on Laplace equation.The FEM is used to subdivide the wave surface and deduce the surface equation which satisfies the nonlinear boundary conditions on the surface.The equations with potential function and wave surface height as an unknown quantity by application of Taylor expansion approach can be solved by iteration within the time step.In m-time iteration within the computational process of time step(n-1)Δt to nΔt,the results of the previous iteration are taken as the initial value of the two-order unknown terms in the present iteration.Thus,an improved tracking mode of nonlinear wave surface is established,and numerical results of wave tank test indicate that this mode is improved obviously and is more precise than the previous numerical model which ignored the two-order unknown terms of wave surface location and velocity potential function in comparison with the theoretical values.     

A New Pursuit Mode of Nonlinear Wave Surface

The numerical mode of nonlinear wave transformation based on both the Laplace equation for water field and the Bemoulli equation for water surface is a kind of time-domain boundary problem with initial conditions. And the basis for establishing the numerical mode of nonlinear wave in time domain is to trace the position of wave free surface and to calculale the instantaneous surface height and surface potential function. This paper firstly utilizes the ‘0-1‘ combined BEM to separate the boundary by means of discretization of Green‘ s integral equation based on the Laplace equation, then separates the free surface of wave with FEM and derives the FEM equation of wave surface that satisfies the nonlinear boundary conditions. By jointly solving the above BEM and FEM equations, the wave potential and surface height could be obtained with iteration in time domain. Thus a new kind of nonlinear numerical mode is established for calculating wave transformation. The wave test in the numerical wave tank shows that the numerical simulation with this mode is of high accuracy.     

荔湾3-1组块浮托安装实船监测与数值模拟

目前海洋平台日趋集成化、模块化,重量和体积都逐渐增大,使得适合安装大型组块的浮托安装法得到飞速发展。介绍荔湾3-1大型导管架平台浮托安装中使用的实测技术,对驳船的运动监测和海洋环境监测等测量数据进行分析,分析结果被应用于指导整个浮托安装过程,保证浮托安装符合安全施工标准。对浮托安装载荷转移阶段采用数值计算方法进行作业过程模拟,将计算结果与实测结果进行对比分析,两者具有较好的相似性。     

三维潮流和潮流输沙问题的一种混合数值模拟及其应用

应用一种平面迎风有限元与垂向隐式有限差分相结合的数值计算方法建立了三维潮流和潮流输沙数学模型,并分别与相应的理论公式进行了对比验证.将建立的模型对广西廉州湾水域进行了计算,与实测资料的对比分析表明模型的计算结果符合实际.     

欧拉模型模拟波浪的抑制数值耗散效应的一种简单方法

数值波浪水槽是研究波浪及波浪与结构相互作用的常用工具,可在真实尺度下产生波浪,并提供流场的详细数据。然而,大部分数值波浪水槽都存在数值耗散和数值色散问题,数值耗散使波能缓慢消散,数值弥散在波传播过程中使波频移。本文在有限差分法（FDM）求解欧拉方程的基础上,提出了一种抑制数值耗散效应的简单方法,考虑阻尼项的影响,对波的传播解进行了解析求解。该方法的主要思想是在动量方程中附加一个源项,其强度由数值阻尼效应的强度决定。本文通过对规则线性波、Stokes波和不规则波的数值模拟,验证了该方法的有效性。结果表明,本文方法可有效减小数值波浪水槽中存在的数值耗散现象。     

蓬莱19-3 油田事故溢油数值模拟

利用FVCOM(Finite-volume coastal ocean numerical model)数值模型和MM5风场预报模式,在对渤海海域水动力场进行数值模拟的基础上,基于"油粒子"的欧拉-拉格朗日跟踪法和随机走动原理,并考虑风对溢油油膜漂移扩散的直接作用,建立了海洋溢油油膜漂移轨迹和扩散的数值预测模型。利用建立的模型对2011年6月蓬莱19-3油田事故溢油进行了数值模拟,模拟结果与RADARSAT卫星遥感监测数据相吻合。研究结果表明:在渤海中部地区夏季事故溢油模拟预测中,风漂移因子取0.024最为合理,模型可用于渤海蓬莱19-3油田附近事故溢油轨迹和扩散的快速预报,从而为该区域的溢油事故应急响应提供科学依据。     

基于[-1，1]线性变换算子的多指标灰色关联决策模型在工程项目评标中的应用

建立了多指标灰色关联度工程项目评标决策模型。实际算例计算结果表明,该模型物理意义明确,与评标思维过程一致,比灰色关联投影法具有更高的分辩程度,有利于实际评标的操作。     

渤海、黄海、东海M2潮汐潮流的三维数值模拟

利用建立的一种新的半隐半显三维数值格式,将渤海、黄海、东海作为一个整体,采用球面坐标系下的三维潮波方程组,考虑了引潮力的作用,数值模拟了渤海、黄海、东海的M₂分潮的潮汐与潮流,结果较好地体现了渤海、黄海、东海M₂分潮的特征.通过比较65个验潮站的实测值与计算值,所得计算结果的振幅差平均为6.4cm,相角差为6.1°,计算与实测符合良好.本文给出的问潮图与Fang于1986年给出的实测占数值综合结果基本一致.对选取的47个测流站,比较了各层潮流调和常数Ucosζ、Usinζ、Vcosη、Vsinη的计算值与实测值的偏差,偏差绝对值的平均在2.6～4.9cm/s之间.并比较分析了潮流的垂直结构,所得结果与实测符合较好.首次揭示出回流点的水平位置不随深度变化这一特性.最后给出了M₂分潮的潮能消耗.     

Numerical study on residual current and its impact on mass transport in the Hangzhou Bay and the Changjiang Estuary Ⅰ.A3-D joint model of the Hangzhou Bay and the Changjiang Estuary

A 3-D numerical model is set up in a large domain covering the Hang zhou Bay and the Changjiang Estuary based on the ECOM model in orthogonal curvilinear coordinates.The numerical schemes for baroclinic pressure gradient (BPG) terms and convective terms are improved in the paper according to the characteristics of velocity field and mass transport in the area.The model is validated by the simulations of residual current and salinity transport in the Hangzhou Bay and the Changjiang Estuary.