波流耦合作用的缓坡方程数学模型研究

依据Kirby和Dalrymple提出的既适用于浅水又适用于深水的波浪非线性弥散关系,建立一种包含折、绕射,浅水变形以及破碎的波流联合作用的缓坡方程模式,有效地解决波浪与流速的耦合作用。通过Berkhoff经典实验检验了该模式的正确性,得出了令人信服的结果,并将该模式应用到一裂流模型。本模式可用于模拟任意不规则海底的波流耦合作用场,并可考虑近岸波浪浅水变形、折射、绕射和能量耗散的影响。

波流耦合作用下海洋柔性立管防弯器动力响应数值分析

基于三维动态时域分析软件OrcaFlex建立防弯器与立管耦合响应模型,对柔性立管防弯器在波流耦合作用下的动力响应进行了参数敏感性分析,结合分析结果对柔性立管防弯器系统进行优化布局,并分析了流向变化和浪向变化对弯矩的影响。结果表明,靠近立管与浮体或水下设备固结点的曲率和弯矩大,随着远离固结点,曲率和弯矩呈递减趋势。海流方向变化对立管和防弯器曲率和弯矩的影响较浪向变化更大。底部立管和防弯器弯矩高于顶部,需格外注意。防弯器曲率与立管曲率基本一致,但弯矩高出很多,达到了防弯器保护立管承载过度屈曲的目的。

二阶斯托克斯非线性潮波对潮汐贯流式水轮机性能的影响

双向贯流式水轮机在潮汐能开发中的应用广泛。在海洋波流条件影响下,潮汐能机组在反向运行过程中的水动力性能变化是潮汐能机组研发过程中需要考虑的重要问题。该文采用二阶斯托克斯非线性潮波对海洋潮波来流进行了模拟,建立了二阶斯托克斯非线性潮波边界下的潮汐贯流式水轮机性能分析模型并验证了模型的可靠性。以该模型为基础,采用CFD方法,对某一潮汐贯流式水轮机在反向运行时的内部流动进行数值仿真,重点研究了动态波流边界对贯流式水轮机反向运行时水力特性的影响。研究结果表明:1)考虑波流耦合作用时,潮波与坝体发生碰撞后损失了大部的动能,形成的反射波流,覆盖下一个波峰前的气体形成大气泡进入海洋内部;2)来流潮波与坝体壁面反射潮波的相互作用是形成潮汐贯流式水轮机取水口处夹气涡的原因,形成的夹气涡在液面下旋转前进流入内流场黏附于流道上侧,压缩流场过流面积,形成了一个低压低速的夹气涡流动带,从而改变内流场流动分布和贯流机组的特性;3)动态波流的作用使得潮汐贯流式水轮机转轮叶片上的受力呈现较大幅度波动,叶片受力的低频幅值会随着夹气涡的发展而逐渐增大。同时,在波流影响下机组出力的波动幅度达到3.86%,远高于无波流作用下的不足1%,从而导致电能质量下降。

潟湖港区通航运河岸坡护底结构设计计算

大型潟湖港区往往通过狭长的运河航道与外海相连,运河内面临外海波浪、涨落潮流和船舶航行的多重影响,显著的波流耦合作用以及船舶螺旋桨射流冲刷给运河岸坡的护底防护提出了较高的要求。为了解决这种复杂水力环境下护底保护问题,通过对国际通用规范中相关计算理论的研究,总结提出了一套适宜的计算方法,便于工程人员更好地运用国际规范解决相关问题,同时可为国内规范的修编提供参考、助力中国规范与国际接轨。