三维I型超长管线阴极保护的数值模拟

研究超长管线阴极保护设计问题的数学模型和数值模拟,并将介质电阻、金属面电阻及金属自身电阻作了系统处理。通过数值试验与实验结果的对比,肯定了所提出的数学模型及所用边界元法在处理此类问题时的合理性及有效性。     

海泥环境中阴极保护的边界元计算

根据阴极保护的特点,建立了用于数值计算的模型;采用边界元方法对海泥介质中的阴极保护系统进行了计算,获得了海泥中钢管表面以及海泥介质内部的电位分布。将计算的结果与测量的数据进行比较,两者具有较好的一致性。     

MATLAB在海底管线阴极保护电场计算中的应用

海洋钢结构阴极保护电场的数值模拟仿真和计算是当前海洋腐蚀、阴极保护研究和工程实践中一个重要的研究方向。研究海底管线的腐蚀状态就必须准确测定管线表面的电位分布,而实际测量中深海管线表面电位分布难以直接测量。构建了海水中钢管线的阴极保护数学模型,采用以边界元法为基础的数值计算方法,利用Matlab开发了均匀电解质中电位分布的计算软件,实测中通过对腐蚀电场海水区域环境电场的测量,就可实现不接触测量管线表面电位的目的。最后通过海洋实测验证了计算结果的可靠性,证明了基于Matlab的数值仿真计算引入阴极保护设计中是行之有效的。     

模拟海底管道的阴极保护中数值计算边界条件的确定

根据相似论和因次分析,用钢丝来模拟实际海底管道.通过实验,研究了牺牲阳极及被保护钢丝的极化性能,从而得到了在阴极保护中进行数值计算的边界条件;对于从实验基础上建立的数学模型进行有限元计算,计算结果与实测结果吻合较好,证明确定的边界条件是合理的,可以将建立的数学模型用于实际海底管道的阴极保护设计.     

波浪沿斜面传播过程的数值模拟

精确模拟非线性波沿斜面传播过程非常困难,为此论文从势函数的边界积分方程出发,建立了一种时域内二维波浪模拟的数值模型,主要用来模拟完全非线性波浪的传播变形过程。论文的数值模型使用高阶二维边界元方法,采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带自由表面的线性或完全非线性波浪传播问题。在计算区域一端造出线性或非线性的周期性波浪,另一端采用消除反射波的人工粘性吸收边界。通过与现有理论比较证明了论文数值方法所得结果是准确可靠的。     

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。     

完全非线性深水波的数值模拟

基于势流理论,并结合深水波质点运动从水面向下呈e指数衰减的特性,建立了完全非线性数值变深水槽模型,通过实时模拟活塞式造波机运动来产生波浪.采用时域高阶边界元法进行模拟,利用混合欧拉-拉格朗日方法和四阶Runge-Kutta方法追踪流体瞬时水面,应用镜像格林函数消除了水槽两个侧面的积分,在水槽末端布置人工阻尼层来消除反射...     

极限波浪运动特性的非线性数值模拟

利用时域高阶边界元方法建立了模拟极限波浪运动的完全非线性数值模型,其中自由水面满足完全非线性自由水面条件.采用半混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶Runge-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水槽两个侧面和底面上的积分.研究中利用波浪聚焦的方法产生极限波浪,并且在水槽中开展了物理模型实验,将测点试验数据与数值结果进行了对比,两者吻合得很好.对极限波浪运动的非线性和流域内速度分布进行了研究.     

无限水深聚焦波完全非线性数值模拟

基于势流理论提出一种新的高阶边界元方法对无限水深的聚焦波浪进行完全非线性数值模拟.自由水面满足完全非线性边界条件,模拟波浪的非线性效果可以达到更高阶.利用镜像原理,建立一种全新的格林函数应用到无限水深的数值波浪水槽中,以致于两无限深水槽侧壁的积分可以被排除.为了产生相应的入射波和吸收出流波浪,一个由点源组成的造波装置被布置于计算域内,同时人工阻尼层被用来吸引出流波浪,由波浪聚焦的方法得到极限波浪.通过开展线性和完全非线性聚焦波浪的数值实验及与理论解对比,验证本数值模型可以用来模拟无限深水域的极限波浪,且在出流边界没有反射.     

波浪与带窄缝方箱作用共振现象的数值模拟

By introducing a source term into the Laplace equation, a two-dimensional fully nonlinear time-domain numerical wave flume (NWF) is developed to investigate the resonance induced by the interaction bet...     

海水中A3钢样阴极保护电化学场的二维有限元计算

有限元法已被证明是计算阴极保护场中电位、电流密度分布的有效方法。作者建立了二维的有限元数学模型,并讨论了模型中电化学场的非线性边界条件的处理和非线性方程组的迭代法解法。用构建的模型对简单的阴极保护模拟体系进行了分析,得出了较合理的结果。     

高锰铝青铜在流动海水中阴极保护参数的研究

采用稳态动电位极化法测量了螺旋桨材料ZQAl12-8-3-2高锰铝青铜在静态和流动海水中的极化曲线,分析了其在流动海水中的腐蚀电化学行为,解析了最小保护电位、最大保护电位、最小保护电流密度等阴极保护参数,其在海水中的保护电位范围为-0．45～0．72V,最大保护电位在常规阴极保护范围内没有限制,流动海水中的最小保护电流密度比静态时增加几十倍,为海水中螺旋桨阴极保护设计及应用提供参考数据。     

X80钢在含有SRB的海水溶液中阴极保护准则适用性

通过表面观察及电化学方法研究X80钢在含有SRB的海水溶液中阴极保护准则的适用性,测试结果表明:腐蚀控制因素为阳极控制,对金属施加阴极极化第5天降低金属腐蚀速度主要通过增大金属表面SRB的附着电阻和电荷转移电阻实现;而施加阴极极化第10天,阴极保护主要通过改变金属表面电荷转移电阻控制腐蚀速度,且阴极极化电位越大控制效果越好。无阴级保护的金属试样腐蚀产物较多且附着力差,施加阴极保护的金属试样腐蚀产物较少且附着力较强。阴极保护的确能对存在SRB的海水溶液环境中X80钢起到阴极极化作用,但极化5 d时传统的阴极保护准则中-850 mV_CSE(即-770 mV_SCE)电位未达到85%的保护要求,-950 mV_CSE(即-870 mV_SCE)电位刚刚能满足保护要求;而极化10 d时2种极化电位下保护度都有所下降且都不能满足保护要求,因此还需要进一步实验确定其合适的阴极保护电位。     

南海A平台导管架阴极保护监测结果讨论与分析

通过对南海A平台导管架阴极保护监测结果的分析,研究了该平台下水一年后导管架的阴极保护状态。结果表明,该平台下水后,导管架各节点电位及牺牲阳极电位均达到保护,阴极保护状态良好。阴极保护监测系统运行稳定,双电极探头未发现损坏,所得监测结果翔实可靠,对该海域新建平台导管架监测系统有着重要的借鉴价值。     

海洋钢结构阴极保护初始极化问题及解决途径

针对海洋钢结构阴极保护中的初期极化问题,介绍了一种新的解决方法,并通过建立模型,与传统方法进行了对比分析。结果表明,这种方法既可保证防护效果,又可节约大量阳极材料,具有非常广阔的应用前景。     

Linear and nonlinear irregular waves and forces in a numerical wave tank

A time-domain higher-order boundary element scheme was utilized to simulate the linear and nonlinear irregular waves and diffractions due to a structure. Upon the second-order irregular waves with four Airy wave components being fed through the inflow boundary, the fully nonlinear boundary problem was solved in a time-marching scheme. The open boundary was modeled by combining an absorbing beach and the stretching technique. The proposed numerical scheme was verified by simulating the linear regular and irregular waves. The scheme was further applied to compute the linear and nonlinear irregular wave diffraction forces acting on a vertical truncated circular cylinder. The nonlinear results were also verified by checking the accuracy of the nonlinear simulation.     

Numerical Simulation of Waves Generated by Seafloor Movements

Waves generated by vertical seafloor movements are simulated by use of a fully nonlinear two-dimensional numerical wave tank. In the souree region, the seafloor lifts to a designated height by a generation function. The numerical tests show that the linear theory is only valid for estimating the wave behaviors induced by the seafloor movements with a small amplitude, and the fully nonlinear numerical model should be adopted in the simulation of the wave generation by the large amplitude seafloor movements. Without the background surface waves, many numerical tests on the stable maximum elevations η0^max are carried out by beth the linear theory and the fully nonlinear model. The results of two models are compared and analyzed. For the fully nonlinear model, the influences of the amplitudes and the horizontal lengths on η^max are stronger than that of the characteristic duration times. Furthermore, results reveal that there are significant differences be- tween the linear theory and the fully nonlinear model. When the influences of the background surface waves are considered, the corresponding numerical analyses reveal that with the fully nonlinear model the η0^max near-linearly varies with the wave amplitudes of the surface waves, and the η0^max has significant dependences on the wave lengths and the wave phases of the surface waves. In addition, the differences between the linear theory and the fully nonlinear model are still obvious, and these differences are significantly affected by the wave parameters of the background surface waves, such as the wave amplitude, the wave length and the wave phase.     

Generation and Properties of Freak Waves in A Numerical Wave Tank

Freak waves are generated based on the mechanism of wave focusing in a 2D numerical wave tank. To set up the nonlinear numerical wave tank, the Boundary Element Method is used to solve potential flow equations incorporated with fully nonlinear free surface boundary conditions. The nonlinear properties of freak waves, such as high frequency components and wave profile asymmetry, are discussed. The kinematic data, which can be useful for the evaluation of the wave forces exerted on structures to avoid underestimation of linear predictions, are obtained, and discussed, from the simulated results of freak waves.