渔网水动力试验研究及分析

根据流体力学实验结果 ,研究了雷诺数 ,网的密实度 ,网型以及流向等对网的阻力影响 ,同时讨论了侧向力问题 ,对同样网面积的平面网及圆型网的阻力进行了比较 ,结果圆型网阻力较小。

均匀来流中大长径比深海立管涡激振动特性

提出了一种对大长径比深海立管涡激振动特性进行三维耦合数值模拟的方法。其中,流场采用大涡模拟方法进行三维数值模拟,结构振动采用基于薄壳模型的有限元方法进行数值计算,并采用一种将流场和结构响应数据进行实时传输的新方法,实现了流体与固体之间的三维耦合数值模拟。在雷诺数Re=3400和11000下,对某长径比为1200的深海立管模型在均匀来流中的横向涡激振动特性进行了数值模拟与分析。结果表明,大长径比柔性立管的横向振动响应对其尾涡动力特性会产生显著影响,包括会出现涡泄频率显著增大和多频涡泄等复杂现象。尽管来流是均匀的,但立管的横向振动响应会出现明显的多模态特征,除了包含有与涡泄频率一致的振动响应外,还包含有其它频率成分的振动响应。特别地,还会出现多种高阶模态振动共存的非对称复杂弯曲变形等现象。研究表明,该方法为研究深海立管涡激振动特性及其工程预报的相关问题提供了一种有效的途径。

分层流体中内波与半潜平台相互作用的模型试验

对密度分层流体中内波与半潜平台的相互作用问题进行了模型试验研究.采用摇板方法进行了内波造波试验,对内波波长、周期和波高进行了测量分析,获得了内波波高和波长与周期之间的相关关系.利用激光和倾角仪方法对半潜平台的纵荡和纵摇运动响应进行了测量分析,获得了平台纵荡运动及纵摇角幅值与内波周期之间的相关关系.结果表明,在半潜平台的设计与应用中,内波对其运动响应的影响是不可忽视的.特别地,发现了在内波周期的某个范围内,半潜平台的纵荡和纵摇都会出现倍频周期运动响应的现象.

内孤立波中半潜平台动力响应特性

基于内孤立波mKdV理论,采用时域有限位移运动方程,结合改进的Morison公式,研究了两层流体中内孤立波与带分段式悬链系泊约束半潜平台的相互作用问题。针对东沙群岛南部海域附近某实测内孤立波特征参数,计算分析了在该内孤立波作用下SEDCO-700型半潜平台的内孤立波载荷、运动响应及其系泊张力的变化特性。研究表明,内孤立波不仅会对半潜平台产生突发性冲击载荷作用,使其产生大幅度水平漂移运动,并导致其系泊张力显著增大,因此在半潜平台等深海平台的设计与应用中,内孤立波的影响是不可忽视的。

连续分层流体中垂直薄板的水动力特性

研究了在线性连续分层流体中水波与半潜式刚性垂直薄板相互作用的问题．在Boussinesq近似下,基于分离变量法,导出了具有自由面的平面前进波的色散关系,建立了半潜式刚性垂直薄板的反射与透射能量、水平波浪力的计算方法．对给定的频率,当它大于浮力频率时,流场中只有一种模态的平面前进波,当它小于浮力频率时,流场中有无数多个模态的平面前进波,并证明了对每一种模态的入射波,其它每个模态水波的反射与透射能量是相等的．对水面漂浮和座底半潜式薄板的反射与透射能量,以及作用在薄板上的水平波浪力进行了数值计算分析,表明了流体的线性连续分层效应对这些水动力的影响是不可忽视的．特别地,在入射波频率小于浮力频率时,与第1模态入射波的能量转化量及其对薄板产生的水平波浪力相比,其它模态入射波的能量转化量及其对薄板产生的水平波浪力都要大得多．

非均匀海流、表面波与内孤立波共同作用下钻井隔水管准静态分析

针对我国南海内孤立波活动频繁的实际情况,建立了非均匀海流、表面波和内孤立波联合作用下钻井隔水管的准静态分析模型,并分别采用Airy线性波理论和两层流的Kd V理论计算表面波和下凹型内孤立波的速度和加速度,利用有限差分离散和LU分解法求解钻井隔水管的静态微分方程。方法验证结果表明,本文方法与其他文献结果吻合较好,具有较高的可靠性。实例分析结果表明,表面波和内孤立波分别在相位角为12°和0°时对隔水管的准静态性能影响最大;内孤立波使上层流体中隔水管的横向偏移、弯矩、Von Mises应力大幅增加;在内孤立波波谷对应深度附近,隔水管弯矩呈"台阶状"突变,剪力呈"尖峰状"突变;内孤立波振幅越大、上下两层海水密度差越大,内孤立波对隔水管受力与变形的影响越剧烈。建议加强我国南海各油气区内海洋内孤立波的监测和预测,更好地指导海上钻井隔水管安全作业。

平面无结节网衣水阻力系数的试验研究

通过物理模型试验,统计分析得到了无结节网衣的水阻力系数在不同状态下随雷诺数、倾角和布置状态的变化规律,并通过网衣沉子的组合试验验证了所得经验公式的正确性和适用性,为深水网箱等渔具的水动力计算提供了依据.

内波垂向结构的分段求解方法

为了掌握海洋内波的特性,针对内波垂向结构的数值解法进行了严谨的分析推导,提出了分段求解方法.将数理方程中的Sturm Liouville本征值问题应用到内波方程,可获得标准化的两种方法,进而探讨了这两种方法的统一性及实用性.计算结果表明,对半日潮的低频情况内波可存在于整个水深,而对周期为20分钟的较高频情况则内波只存在于垂向的有限范围内,在上下两层,其垂向速度的衰减很快.该方法应用于实际海洋中,可以获得一般情况下内波函数的广义Fourier级数,从理论上可以证明解函数的完备性.

两个垂直圆柱在水波中的水动力相互作用

基于线性势流理论研究了两个垂直圆柱在水波中的水动力相互作用．两个圆柱中的一个固定在底部，另一个铰接在底部且可以在入射波方向以小振幅振动．本文研究了绕射波和辐射波，运用加法定理得到了每个圆柱表面速度势的简单的解析表达式，用级数形式显式表示了圆柱上的波浪激励力和力矩及振动圆柱的附加质量和辐射阻尼系数．级数的系数由代数方程组的解决定．给出了一些数值例子以说明诸如间距、圆柱的相对大小、入射角等各种参数对一阶力、定常二阶力、附加质量和辐射阻尼系数以及振动圆柱的响应等的影响．

内孤立波作用下顶部张紧式立管动力特性

基于内孤立波mKdV理论,采用考虑内流的细长杆动力学方程,结合改进的Morison公式,研究两层流体中内孤立波与顶张立管的相互作用问题。针对东沙群岛南部海域附近某实测内孤立波特征参数,计算分析在该内孤立波作用下某顶张立管的内孤立波载荷与运动响应,以及立管横截面弯矩及其应力的变化特性。研究表明,内孤立波不仅会对顶张立管产生突发性的冲击载荷以及大幅度水平变形,而且还会使其横截面弯矩及其应力显著增大。因此在深海立管的设计与应用中,内孤立波的影响是不可忽视的。

一个两流体系统中mKdV孤立波的迎撞

本文从文[2]的基本方程出发,采用约化摄动方法和PLK方法,讨论了三阶非线性和色散效应相平衡的修正的KdV(mKdV)孤立波迎撞问题.这些波在流体密度比等于流体深度比平方的两流体系统界面上传播.我们求得了二阶摄动解,发现在不考虑非均匀相移的情况下,碰撞后孤立波保持原有的形状,这与Fornberg和whitham的追撞数值分析结果一致,但当考虑波的非均匀相移后,碰撞后波形将变化.

海啸模型研究进展(I)

从海啸的成因以及海啸波的基本特征,总结了海啸源模型、传播模型的研究进展,尤其对由缓慢海底变化过程引发的海啸波的传播过程以及动力模型的研究进展进行了回顾,为进一步开展海啸模型研究提供理论参考。

地形与流对水平无旋浅水波的影响

本文在水平无旋及 Boussinesq假设之下 ,导出了水面变化与水平速度场耦合方程组 ,以及相应的压力与垂向速度解析表示式。通过数值方法求得水面变化及某一特定水深的水平速度分布之后 ,压力分布及其余水深的速度分布即可由简单计算得到。由色散关系式可知 ,不同水深的长波色散关系在 0 (ε)近似之下是等同的。粘性的存在会使波高随时间的增加而衰减 ,但粘性与底斜率的耦合又可能使波高增长 ,形成不稳定 ;计算及分析说明 ,当同向流增大时 ,波速增大 ,波长增大 ,波高会增加 ;而水深减少 ,使波速减少 ,波长缩短 ,振幅增加。

海啸模型研究进展(II)

总结了海啸与海岸相互作用模型的研究进展,尤其是孤立波在圆锥形岛屿上的爬高及孤立波在倾斜海滩上的破碎、爬高、回落模型的研究进展,旨在为进一步开展海啸模型研究提供理论上的参考和指导。

周期性内波与潜体相互作用的试验研究

对密度分层流体中周期性内波与水下Suboff潜艇模型的相互作用进行了试验研究。采用摇板方法进行了内波造波试验,对内波的波高和周期进行了测量分析,获得了内波波高与周期之间的对应关系;利用三分力天平对潜体模型在内波作用下的受力进行了测量分析,获得了潜体的内波波浪力随潜深以及周期性内波作用的变化规律。试验结果表明:内波波高、周期对潜体所受的波浪力有显著影响;潜体受到的内波波浪力与潜体在内波流场的相对位置密切相关,其水平力、垂直力和垂向力矩在不同的潜深处呈现不同的特点。

内孤立波与非均匀海流共同作用下顶张立管动力特性

基于两层流体中内孤立波的mKdV理论,采用考虑内流的弹性杆动力学方程,结合改进的Morison公式,以及考虑涡泄频率随水深变化的一个简化涡激载荷计算模型,研究了两层流体中内孤立波与非均匀海流共同作用下深海顶张立管的非线性动力响应问题。结果表明,在海流非均匀性导致的多模态涡激力作用下,深海顶张立管会发生大振幅多模态横向组合涡激共振的现象。在深海立管发生多模态组合共振的过程中,当有内孤立波作用时,不仅会使立管横向组合共振幅值显著增大,同时还会使立管在顺流向产生突发性的大变形响应。特别地,当内孤立波传播方向与海流方向一致时,立管顺流向及横向横截面弯矩与应力都会出现显著增大现象。因此,在深海立管的设计与应用中,内孤立波与海流的耦合效应是不可忽视的。