丁坝附近交叉波浪场引起的裂流系统实验研究

裂流是狭窄而集中的离岸方向水流,对海岸水底变形、物质输移和游泳者安全有重要影响。波浪在垂直海岸建筑物(如丁坝、航道挡沙堤等)上产生的反射会导致沿岸驻波,在驻波节点区域由于波高很小会产生裂流,这是海岸出现裂流原因之一。本研究通过物理模型实验给出了沙坝海岸上建筑物附近裂流系统不同于开敞水域交叉波裂流系统的特征,讨论了波高沿岸变化对裂流系统的各裂流单元流量平衡的影响。结果表明:建筑物的存在引起了沙坝和海岸之间背离建筑物方向的沿岸流动,这导致了裂流系统中各裂流单元之间存在着流量的交换,对各单元裂流流量大小和分布产生了直接影响;各单元侧向流流量对裂流的贡献依赖于单元距建筑物的距离。

沿岸流的模型实验和数值模拟研究(英文)

研究了两个缓坡海岸 (坡度为 1∶ 1 0 0和 1∶ 4 0 )上沿岸流、波高及波浪增减水的模型实验方法和数值模拟方法 .给出了沿岸流速度、波高和波浪增减水沿海岸剖面的分布 ,并且对沿岸流的实验模型方法进行了讨论 .给出了沿岸流的数值模拟方法和结果 。

沿岸流的实验研究

本文研究了缓坡海岸 (坡度为 1∶ 10 0和 1∶ 4 0 )沿岸流及波浪增减水的模型实验。讨论了沿岸流和波浪增减水的模型实验方法 ,给出了沿岸流 。

VOF方法模拟波浪槽中二维非线性波

造波板运动生成非线性波问题是研究物体与波浪非线性相互作用的典型例子。本文研究了用ＶＯＦ方法模拟波浪水槽生成非线性波（孤立波和椭圆余弦波）的问题。为实现造波板在计算中可以做穿越网格的大幅值运动，本文采用了在压力迭代中调整造波板邻近单元中压力来满足造波板上流体运动条件。对开路边界条件和自由表面与物面交点处边界条件也提出了处理方法。计算结果与实验结果和解析结果进行了对比。

可渗可压缩海床上墩柱底面波浪渗流压力的计算

本文给出了安置在海床上大尺度墩桩底面波浪渗流压力的计算方法和一些数值结果。考虑了墩柱直接放置在海床上和放置在埋入海床中抛石基床上两种情况。计算中对内场采用有限元方法,对外场给出了两种处理方法:一是给出了渗流压力外场解;二是建立了一个无限元模式。分析中考虑了海床土壤变形和孔隙水压缩性,讨论了海床土壤变形和孔隙水压缩性以及抛石基床对墩柱底面波浪渗流压力的影响。圆墩柱情况的计算结果与其它文献的解析结果和实验结果吻合良好。

浮式防波堤非线性波浪力实验研究

对浮式防波堤在不同吃水深度、周期、波高和入射波波型情况,进行了波浪对浮式防波堤非线性作用力的研究,给出了有关实验结果。实验结果表明波浪力在周期较大时,随着波高的增加,出现一阶力减小、高阶力增大的强非线性现象。实验中出现了二阶力大于一阶力的现象,也出现了三阶力大于二阶力和一阶力的现象。

高阶Boussinesq水波方程数值模型及其与实验结果的对比

本文建立了基于预报 校正差分格式的高阶Boussinesq方程[1] 数值模型 ,进行了有沙坝地形上非线性波浪传播的物理模型实验 ,检验了数值模型和高阶Boussinesq方程的精度。研究了非线性波浪在有沙坝地形上传播的特性 ,分析沙坝坡度和水深的影响。

风浪流作用下系泊船系缆力和碰撞力的数值模拟

研究了在风、浪、流作用下采油平台系泊船的运动响应、系缆力和对护舷碰撞力。根据计算结果,讨论了不同水位和不同风浪流夹角对系缆力和碰撞力的影响。以一采油平台为例,考虑了在当地水文条件下平台极限系泊条件,为平台设计和使用提供了依据。

波浪水槽中非线性浅水波传播特性与模拟

通过建立解析解、进行数值模拟和物理实验,研究了波浪水槽中非线性浅水波浪传播特性,给出了数值模拟中对应造波板做正弦运动的二阶入射边界条件。数值模拟采用高阶Boussinesq方程。实验结果、数值结果和解析解进行对比,并讨论了解析解的适用范围、高次谐波的产生及三波相互作用问题。

适合复杂地形的高阶Boussinesq水波方程

针对海底坡度较大（量阶为Ｏ（１））或海底曲率较大的复杂地形，建立了一个新型高阶 Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ水波方程．该方程可用于研究海底存在若干相互平行沙坝引起的Ｂｒａｇｇ反射问题．方程的水平速度沿水深的分布为四次多项式，色散性和变浅作用性能的精度比经典Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程高了一阶．方程在浅水水域可以是完全非线性的．

适合中等水流的Boussinesq方程

推导了含量阶为O(ε1/2)的瞬变非均匀流的Boussinesq水波方程,讨论了该量阶水流对流场速度和压力分布的影响,采用了Crank-Nicolson格式的预估-校正有限差分法对该方程进行了数值求解.把数值结果与无水流情况的实验结果进行了对比,验证了该方程和数值计算方法的有效性,与经典的Boussinesq方程和含量阶为O(1)的瞬变非均匀流的Boussinesq水波方程的计算结果进行了比较,考察了该方程的适用范围.

直立式防波堤基底波浪渗流压力解析解

直立式防波堤的波浪荷载除了来自波浪场中的作用力外,还有海床渗流引起的波浪渗流力的作用,后者也是不容忽视的环境因素之一。本文对无限厚度可渗可压缩海床情况,给出了直立式防波堤下海床中波浪渗流压力的封闭形式的解析解,进而可以给出作用在防波堤基底上的浮托力和倾覆力矩。分析中考虑了土介质变形和孔隙水压缩性,渗流压力的控制方程为P=C_8P/t。海底面上的波浪压力采用了线性波浪理论的结果。

港口内靠码头系泊船运动的计算

本文以英国南海岸处Ｓｈｏｒｅｈａｍ港内系泊船为例，研究了港口内靠码头系泊船运动的数值计算问题。该船的实船实验和模型实验已经完成，为验证本文计算结果提供了依据。运动方程在时域内求解。在计算船体脉冲响应函数时，引入了船体阻尼系数在频率很低时的渐近表达式和一迭代算法。分析了港内共振波浪和其对船体的作用力。讨论了靠码头系泊船运动的非线性特征。计算结果与实验结果符合很好。

沿岸流中混合系数的实验研究

进行了在规则波作用下破波带内水平混合系数测量的物理模型实验。通过在沿岸流流场中投放墨水点源和采用CCD摄像机摄像,测量了点源扩散过程。利用水深平均二维扩散方程近似解析解得到了由实验结果计算混合系数的方法。实验结果表明:扩散系数仅依赖于当地水深,与波浪参数(周期和波高)无关。沿岸流沿水深变化产生的离散作用导致顺流方向(纵向)混合系数远大于横流方向(横向)混合系数。横流方向混合系数中由波浪产生的扩散系数占总扩散系数约40%,其余为波浪破碎引起的湍流产生的扩散系数。

含强水流高阶Boussinesq水波方程

采用摄动法并利用已建立的纯波情况下高阶Boussinesq方程，建立了可以考虑强水流与波浪相互作用的高阶Boussinesq方程．水流速度与波浪群速具有相同量级，且随时间和空间的变化尺度远大于波浪周期和波长．方程色散性近似到[4／4]阶Pade展开，对浅水情况方程可以是完全非线性的，可适用于波流相互作用的强非线性问题．通过将水流存在时波长和波幅的结果与一阶斯托克斯波结果对比，讨论了具有不同近似程度的3种含波流相互作用的Boussinesq方程的适用性．

无限深可压缩海床上圆墩柱波浪渗流压力解析解

对建在海床上的海洋工程建筑物,波浪引起的渗流力是不可忽视的环境因素之一。我们给出了圆墩柱下无限深可渗可压缩海床中波浪渗流压力的封闭形式的解析解,进而可以给出作用在墩柱底面上的渗流力和力矩的解析表达式。假定海床土介质是可变形的,孔隙流体是可压缩的,渗流遵从达西定律,则渗流压力的控制方程为~2p=C_sδP/δt。海底面上的波浪压力由线性波浪理论计算。

直立圆柱二阶波浪力解析解

大直径直立圆柱体上的二阶波浪力目前已有一些研究结果，但仍存在一些值得进一步探讨之处。这一方面在于二阶辐射条件还不甚清楚：另一方面在于已有的二阶力公式或是所含积分的收敛精度不易保证，或是表达式繁杂，不利于实际计算。本文在求解这一问题时，不是对二阶势提出辐射条件，而是对二阶势的周向富里叶分量提出辐射条件──Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄ辐射条件。求解中，利用本文推导出的数学公式，简化了二阶自由面条件非齐次项的表达式，得到了形式简单，易于计算的二阶波浪力精确公式。二阶力计算结果与实验结果吻合良好。

港口非线性波浪的实验研究

进行了港口非线性波浪对方箱形船体作用的三维实验研究,给出了在不同入射波条件下无因次点压力在船体表面上的分布,分析了压力随周期和波高的变化规律。结果表明:压力幅值在波浪周期较大时,出现一阶压力减小,高阶压力增大的强非线性现象,甚至还出现了二阶压力大于一阶压力的情况。在港口工程和大型浮体设计中对长周期波浪应注意考虑波浪的非线性特征。

具有精确色散性的非线性波浪水平二维数学模型

建立具有色散性的水平二维非线性波浪方程,方程的非线性近似到了三阶。方程以波面升高和自由表面速度势表达的微分-积分型数学方程,给出方程的数值求解方法和算例,对方程积分项的处理给出了计算方法。计算结果与Boussinesq方程模型和缓坡方程模型的对应计算结果进行了对比。

潜礁上孤立波传播的数值模拟

为模拟孤立波在潜礁地形上的传播,建立了基于高阶Boussinesq水波方程的波浪传播数学模型。控制方程采用有限差分方法和有限体积方法混合求解。方程中的对流项用有限体积方法离散,结合HLL黎曼解和二阶TVD-WAF格式求解界面通量,控制单元边界左右变量采用四阶状态插值方法(MUSCL)构筑。方程中其余项则利用传统差分格式近似。通过引入考虑干湿边界的修正黎曼解和波浪破碎指标,实现了对海岸动边界和波浪破碎的处理。应用解析解验证模型并进一步模拟了孤立波在潜礁地形上传播变形,结果表明所建立模型较基于有限差分方法的模型具有巨大优势,适用于潜礁环境下波浪的数值模拟研究,同时也为求解其他类Boussinesq方程提供了参考。