实测畸形波的数值重构及机理分析

为研究畸形波的生成机理,本文基于非静压模型,利用时间反转法重构2个现场测量的畸形波、新年波和Yura波,并与实测数据对比验证。通过小波分析和谐波分析方法探究其生成机理,结果表明:畸形波在传播过程中,其小波能谱的能量存在明显的聚焦-焦散变化;新年波中高阶谐波的作用最高占比为47.1%;Yura波中最高占比为30.7%;新年波和Yura波在演化过程中振幅谱存在明显变宽现象,说明新年波和Yura波是在色散聚焦、高阶谐波以及三阶共振的联合作用下形成的。在实际海况下,畸形波生成机制可能并不单一。

基于最大差异选择算法的代表性海况选取

数值模拟及物理模型试验是研究近岸波浪的重要方法。在实施数值模拟和物理模型试验前,需要根据近岸波浪特征确定入射波浪要素。近岸波浪往往是由混合浪主导的,包含多个独立的波浪系统,每个波系都需用多个波浪特征参数进行描述,因此实现多波浪系统的代表性海况的选取具有重要意义。首先介绍了数据挖掘算法,随后根据汉班托塔港的实测波浪数据,运用最大差异选择算法(MDA)分别选取了二维、三维以及多维特征参数描述下的代表性波浪条件。结果表明,对于可进行人为筛选的二维波浪特征参数,MDA算法的筛选结果优于人工筛选结果。在三维及多维波浪特征参数条件下,MDA算法选取的代表性海况在数据空间上分布均匀,具有较高的代表性,证实了MDA算法适用于选取混合海况下的代表性波浪特征参数。

不同混合浪表征方法下港内波况数值模拟

以一组波浪参数描述波浪的总体表征法在精确表征混合浪时具有局限性,通过将波浪频谱划分为独立波系并以参数化形式表征每个波系的多波系表征法,可以更精确地表征混合浪。通过数值模拟方法探讨混合浪的不同表征方法对港内水体扰动的影响,运用不同的表征方法对秘鲁钱凯湾的3个实测波浪谱进行重构,作为数值模拟的输入波谱,并且检验总体表征法在描述混合浪时引入的典型误差。结果表明,长涌浪波系对港内水体扰动有显著影响,对其能量水平的高估或低估会导致相应的误差;与多波系表征法相比,总体表征法得到的平均波向往往与实际情况不符,会导致对防波堤掩护效果的误判。

中长周期波作用下系泊集装箱船水动力响应数值模拟

海外港口建设的海域中,显著的中长周期波浪给系泊船的稳定性带来一定影响。基于波浪周期的变化开展系泊船水动力响应的数值模拟研究,并考虑船舶在系泊过程中可能遇到的不同装载状态和不同系泊布置情况。利用系泊分析模型MIKE21 Maritime进行验证和分析。结果表明,系泊船的水动力响应主要受到波浪周期的影响,特别是纵荡和横荡运动;横荡运动受系泊布置方式的影响较为明显,横摇运动受装载状态的影响最为明显;相较其他缆绳而言,系泊船的横缆系缆力对入射波浪谱峰周期的变化最为敏感。

随机波列中极端波浪波形和波高分布的数值试验研究

极端波浪对近岸和海洋结构物存在着极大威胁,结构物的设计必然需要考虑极端波浪的影响,因此对波浪波高分布和极端波浪波形的研究对工程设计有重要的意义。为了能够准确地预测各种海况下波浪的分布和结构物的响应,本文在二维数值非线性波浪水槽中模拟了有限水深中随机波浪的传播过程产生的极端波浪,分析了谱参数对极端波浪波形的影响,并对比随机波浪的波高和波峰分布与理论分布。Tromans提出的新波模型从概率角度给出了极端波浪最有可能波形。结果表明:三阶新波模型能够较好地描述极端波浪的波形;但是在波陡较大时,实际波浪更为陡峭,并且具有明显的高波峰浅波谷的特点,新波模型的误差增大。MER分布和三阶Tayfun分布在极端波高范围内能够较好地吻合实际波高分布,而二阶Tayfun分布和Forristall分布仅适用于波陡较小情况的极端波出现概率预测。

涌浪作用下港内大型集装箱船运动特性数值研究

随着船舶大型化和港口建设深水化发展,外海不同周期波浪作用下大型系泊船泊稳问题与小型系泊船相比出现了新的特点。为此,利用数值模型方法研究了在不同入射角度和周期的涌浪作用下港内大型系泊船的水动力响应,针对系泊船的泊稳情况探讨了船舶的运动规律和运动特性。研究发现,在涌浪周期较大的情况下,限定波高的泊稳标准不足以用来确定系泊船的正常作业条件,港内泊船的水平运动(纵荡、横荡和艏摇)极易超出运动标准值并影响装卸作业效率,并且船舶的水平运动表现出主要由次重力波主导的低频运动特性,而垂直运动(垂荡、横摇和纵摇)表现出主要由短波主导的波频运动特性。

基于二维海浪谱的风涌浪分离方法研究

海浪通常以风浪和涌浪混合的形式存在。二者的成长、消衰、传播和破坏机制各不相同,实现风涌浪分离对海洋研究和工程应用具有重要意义。基于斯里兰卡汉班托塔海域的实测数据,讨论了传统波龄法中波龄阈值的选取问题,并对汉班托塔海域的海浪特征进行分析,最后利用波龄法对新提出的不依赖风速风向信息的超射法进行了研究。结果表明,波龄阈值取1.7时最为合理。汉班托塔海域为外海涌浪主导。超射法对外海涌浪的识别结果与波龄法一致,而对高频位置的风浪和局地涌浪给出了不同的结果,这主要是由海浪物理特性的改变慢于风速风向的变化引起。

斯里兰卡南部海域次重力波特征研究

次重力波在近岸水动力运动过程中起到重要作用,深入地了解次重力波对预防其引发的近岸灾害有着重要意义。结合波浪现场观测方法和数值模拟方法研究了斯里兰卡南部海域次重力波特征。短波和自由次重力波通过海浪谱模型WAVEWATCH III模拟,而约束次重力波通过二阶非线性理论模拟,数值模拟结果与现场观测结果对比吻合良好。研究结果表明,斯里兰卡南部海域大部分时间以自由次重力波为主;在强涌浪海况下(短波波高大于2.5 m,周期大于15 s)约束次重力波逐渐逼近自由次重力波甚至占主导地位;斯里兰卡大陆架极其狭窄,对涌浪的能量损耗作用极为有限,使得近岸面对强劲的涌浪及其伴生的次重力波的侵袭,增大了次重力波引发近岸水动力灾害的风险。

板-网结构浮式防波堤消浪性能的试验研究

水深较大时,固定式防波堤不再适用,而相比之下,浮式防波堤具有轻便、机动、经济及良好的海水交换功能等特点。因此为保障深水养殖网箱在风浪中的安全,采用浮式防波堤进行掩护是唯一可行的工程措施。提出了一种新型的浮式防波堤结构型式——板-网浮式防波堤。通过实验室物理模型试验,研究波浪周期、平板宽度、网衣数目、平板刚度以及水流方向和速度对波浪透射系数的影响。试验采用规则波浪,水深为20m,波高为2.5m、4.5m和6.0m,周期为6s～10s。试验结果表明,采用该种浮式防波堤具有较好的消浪效果,但具体参数需根据当地波浪、水流条件而定。

波流逆向和同向作用下重力式网箱水动力特性研究

深水重力式网箱在风浪和海流作用下的动力响应研究,是外海养殖网箱设计与制作的基础。为研究波流逆向作用于深水重力式网箱时的运动响应和锚绳力与波流同向时的差异,基于波浪作用通量守恒和Stokes3阶波理论数值模拟波浪在水流中的变形和综合波流场;采用质量集中法和刚体运动学原理,建立重力式网箱数学模型;考虑不同设计流速和波浪组合,利用数学模型得到在波流逆向和波流同向作用下重力式网箱的锚绳力,浮架运动和网箱剩余体积的结果。结果显示:波流同向时的锚绳张力比波流逆向时大;波流逆向时重力式网箱体积剩余系数最小值比波流同向时的大。因此,波流同向对重力式网箱的破坏比波流逆向严重。

波浪崩破时对垂直方桩的正向作用力的实验研究

通过实验室物理模型实验,对小尺度垂直方桩正向破波力问题进行了初步探讨,给出了破波力的计算公式。

流体体积法(VOF)在崩波破碎波能损耗计算中的应用

利用改进后的VOF方法计算规则波破碎后形成的稳态波高,计算与实验结果吻合良好.

海岸碎波拍的计算

研究了一维碎波拍的计算方法．波浪控制方程由欧拉方程在短波周期上平均而得到．为了考虑低频波浪在海岸上的破碎，采用了ＷＡＦ（ＷｅｉｇｈｔｅｄＡｖｅｒａｇｅＦｌｕｘ）方法求解长波方程．对由辐射应力和海底摩擦力引起的方程非齐次项采用了时间算子分裂法进行了处理，并对由此产生的误差进行了修正．计算了单色波和双色波垂直入射海岸的情况，并与实验结果进行了对比．

波浪崩破时的能量损失

首先通过实验测量和理论计算得到波浪崩破时的速度场，然后根据该速度场利用ＶＯＦ法计算波浪破碎后的波高值；计算结果与实验值吻合较好．另外，利用涌潮模型计算了波浪的破碎系数Ｂ，结果发现在实验范围内该系数接近于一常数．

斜向流作用下波浪的变形及破碎

当波浪自无流区斜向进入有流区后，不仅波要素发生变化，波浪传播方向也发生变化，即产生折射．作者曾根据线性波浪理论计算了波浪折射后的波要素变化情况。作者也曾通过实验分析和理论计算对正向流作用下波浪的变形及破碎问题进行过详细的研究．为了进一步研究波浪折射对变形及破碎的影响，本文计算和分析了外向流作用下缓坡上规则波浪和不规则波浪的变形及破碎过程，取得了以下两方面的成果：１）正向流作用下波浪的破碎指标及研究方法可以应用于斜向流情况；２）波浪的折射在一般情况下使波高降低，从而使破碎点向浅水方向推移。

单一过程波浪变形和爬高试验研究

为计算浅水区和破碎带内波浪变形的数学模型提供验证数据 ,介绍了关于孤立波和单波群 (这里统称为单一过程波浪 )的变形和爬高的试验研究成果 .这些数据是水槽试验无法得到的 .

教练直升机训练系统安全评价研究

为保证教练直升机的使用安全,预防事故发生,针对当前教练直升机安全风险决策数据量少、存在模糊的特点,提出基于模糊D-S证据理论的教练直升机训练系统安全评价模型。从人-机-环-管4个系统出发,建立教练直升机训练系统安全评价指标体系,运用模糊评价技术评估教练直升机系统安全影响因素,利用D-S证据理论的层次递归算法对不同层次影响因素的评估等级进行合成,并以某型教练直升机为例,给出评价步骤。结果表明:该方案适用于研究教练直升机训练系统安全评价;根据安全性量化值,能够实现按安全性能优劣对系统的快速排序。

几种洗井工艺在大港南部油田的应用

随着油田开发的不断深入,地层能量在逐渐下降,在油井进行热洗清蜡过程中,地层就会受到外来液的侵蚀,造成地层污染,洗井恢复期长,影响油井产量。介绍了目前主要的几种洗井工艺的原理、特点以及在南部油田的应用情况,针对不同的工艺提出了相应的建议。通过各种防止地层污染技术的应用,可以有效地减少油井产量的损失。

圆形重力式网箱浮架结构在波浪作用下的运动响应

依据Stokes二阶波浪理论和莫里森(Morison)方法,对圆形重力式网箱的浮架结构在两种锚碇系统(折线形和直线形)的作用下,浮架上特定点的运动轨迹进行了数值计算与水槽试验,比较结果发现在研究的波况下浮架的运动位移受波长影响较小,而与波高关系密切,在锚碇系统的约束下水平位移远小于垂向位移。数值计算与试验数据吻合较好,表明了此计算方法的可行性,为进一步模拟浮架结构的受力与变形打下基础。

港湾共振研究综述

港湾共振是指当外海长周期入射波浪与港湾固有周期接近时出现的大幅波动现象,它对当地的水体动力过程、船舶运动及水灾害防护与评估具有重要意义。本文分别从其共振机理、激发因素及模拟方法上回顾了国内外的主要研究成果。特别针对我国的港湾共振情况,详细介绍了典型港湾共振事件的发生特点及其产生机理。最后结合我国海岸特征及现有研究进展提出相应的研究展望,以使其得到进一步的发展和完善。