波浪边界层中细颗粒粘性泥沙的再悬浮和扩散输移

本文用多尺度摄动方法从理论上推导了波浪边界层中细颗粒粘性泥沙的再悬浮和扩散输移的规律，并用几个算例细致地分析了波浪对细颗粒粘性泥沙再悬浮和扩散输移的作用。指出：在近岸及湖泊地区，波浪不仅是细颗粒粘性泥沙再悬浮的主要动力，而且其引起的泥沙扩散输移的强度和风生流相当。

波浪边界层下的泥沙起动

首先对波浪作用下泥沙起动研究进行了回顾 ,通过分析 ,认为同样边界层下单向水流泥沙起动标准可以用于波浪条件 ,在此基础上 ,对不同边界层单向水流和波浪作用下起动曲线进行对比论证 ,由此得到波浪作用下泥沙起动标准曲线并给出相应的计算公式 ,大量试验资料表明 ,该曲线与实验值有着良好的一致性。

横机纬平针锯齿与波浪边的编织

文章在定义锯齿边与波浪边概念的基础上,给出了其形成的基本原理,探讨了影响锯齿边与波浪边几何形态的工艺因素,主要包括同一横列上线圈转移的针数、次数,同一横列线圈转移的左右配置,不同横列线圈转移的配置与边口的实际变形等。

孤立波浪边界干扰下流线型箱梁气动特性

近海流线型箱梁主梁距水面较低时,气动特性极易受到极端波浪边界的干扰.为研究极端波浪边界干扰下流线型箱梁气动特性,以孤立波浪模拟极端波浪,基于FLUENT软件,采用铺层网格技术建立了模拟运动孤立波浪边界干扰下流线型箱梁气动特性的数值模型;利用所建立并验证的数值模型研究了不同参数下运动孤立波浪边界对流线型箱梁气动特性(静气动力系数、涡量场以及平均压力系数和脉动压力系数分布)的干扰.分析结果表明:不同孤立波浪边界运动速度干扰下流线型箱梁气动特性明显区别于无波浪工况;随波浪边界运动,迎风角处剪切层方向相比于梁底转折角处(8°风攻角)及梁顶转折角处(-8°风攻角)剪切层方向变化明显;在运动孤立波浪边界干扰下,箱梁抖振响应会随风攻角幅值增大呈增大趋势.

波浪边界层厚度分析研究

对波浪边界层厚度提出明确的定义,利用相似原理导出了波浪紊流边界层厚度的合理计算公式;通过水槽实验,包括利用光电调制反馈激光多普勒测速系统(OEMF—LDA),对波浪断面流速分布及边界层厚度进行了量测,获得了大量资料,利用这些资料与作者公式进行比较。二者符合良好。

基于AIS和波浪数据的船舶碳排放计算

随着全球贸易运输的增长,航运业面临着日趋严峻的碳排放问题。为了更精准地估算船舶在海上巡航时的碳排放量,该文提出了一种基于船舶自动识别系统(AIS)数据和波浪数据的碳排放计算模型。该模型利用波浪数据计算波浪阻力,从而更准确地修正船舶航行总阻力,通过实验数据验证了阻力计算的准确性,并根据计算主机的能耗,进一步估算船舶的二氧化碳排放量。结合2022年7-9月美国近海域超过5 000总吨的商船的AIS船舶数据,计算出船舶航行二氧化碳排放总量为268.91万t,其中货船的二氧化碳排放总量最多,贡献了181.92万t的碳排量,客船和油轮次之,分别为31.45万t和55.55万t,并根据此计算结果绘制了商船碳排放时空分布图,揭示了不同类型船舶在不同时空下的碳排放特征和规律。该研究对航运业的绿色转型以及提升环保意识具有重要的参考价值,也为海运业的碳排放管理提供了强有力的数据支持。

直驱式波浪发电用磁场调制横向磁通发电机的设计与分析

基于直线发电机的直驱式波浪发电系统可以直接将波浪能转化为电能,具有结构简单和效率高等优点。然而,由于波浪速度较低,造成直驱式波浪发电机体积庞大和功率密度较低,为解决这个问题,该文基于磁齿轮和磁场调制电机的增速效应,结合横向磁通电机的横向磁路,提出一种用于波浪发电的新型磁场调制横向磁通直线发电机结构。首先,介绍发电机的结构、工作原理和磁场调制机理,采用多目标优化法对发电机电磁结构进行优化设计;研究不同极槽配比和调制器倾斜角度对发电机电磁性能的影响;计算发电机对应不同电枢电流的损耗和效率,对比该结构、交叉绕组结构和现有文献中横向磁通直线电机的功率密度;最后,制造样机并搭建实验测试平台,测量发电机推力和反电势,证明所提出拓扑结构的合理性和有限元计算结果的准确性。

碎石及狗牙根覆盖对坡面波浪侵蚀影响研究

波浪侵蚀是三峡库区消落带的主要侵蚀类型,植被、碎石均可有效的控制波浪侵蚀,但是碎石-植被协同作用下对波浪侵蚀的影响尚不清楚。本研究通过设置3种狗牙根覆盖度和9种碎石条件,以裸坡为对照,利用波浪冲刷试验分析不同条件下波压力和波浪侵蚀率,揭示碎石单一因素、植被单一因素和碎石-植被协同作用下对波浪侵蚀的影响。研究结果表明:碎石覆盖单一因素可有效消能26.49%~86.52%、减蚀8.70%~73.91%,波压力、侵蚀率随碎石粒径减小、覆盖厚度增加而减小。植被覆盖单一因素可有效消能4.10%~46.36%、减蚀19.56%~77.17%,波压力、侵蚀率随覆盖度增加而减小。碎石-植被协同措施消能减蚀效果优于单一措施,碎石-植被协同作用可有效消能28.95%~94.74%、减蚀28.20%~80.43%,协同措施下波压力、侵蚀率随碎石粒径的增大而增加却随碎石覆盖厚度、狗牙根覆盖度的增大而减小,在碎石粒径5~10 mm、碎石覆盖厚度60 mm、狗牙根覆盖度60%~70%时效果最好。多因素方差分析表明协同措施中波压力、侵蚀率的减少是碎石覆盖和植被覆盖的综合作用结果,其中对波压力的影响程度为碎石覆盖厚度>碎石粒径>植被覆盖度,而对波浪侵蚀率的影响程度为植被覆盖度>碎石层厚度>碎石粒径。本研究表明碎石-植被协同措施能有效达到消能减蚀的作用,可以作为岸坡土体波浪侵蚀控制的可持续性生态友好型的治理技术。该研究结果可以为消落带生态治理与生态重建实践提供指导和借鉴。

垂荡波浪能转换装置的动态特性分析

针对波浪能装置在波浪中的运动响应提出一种基于隐式非稳态流体域k-ε湍流模型的新模拟计算方法,利用Simcenter STAR-CCM+软件流体仿真分析单自由度(single-DOF)垂荡波浪能转换技术中单浮子在波浪作用下的运动特性。波浪能通过垂荡的浮子转化为机械能,输送到动力输出(PTO)机构进行发电。使用流体仿真软件对各种PTO系统参数下浮子的运动和受力特性进行模拟。研究结果表明,计算精度较高,与试验结果基本吻合;随着阻尼系数的增大,浮子的波浪运动幅度和速度减小,转化为浮子的机械能也减小,故在设计波浪能装置时,应尽可能减小阻尼;此外,浮子的垂荡运动平衡位置受到弹簧常数的影响。基于隐式非稳态流体域k-ε湍流模型的新模拟计算方法可用于分析不同波浪能转换装置的流体动力学,可为优化真实海况下装置结构和性能提供理论框架。

基于功率补偿的波浪能多发电机组平均功率送出方法

针对自治控制模式下液压蓄能式波能装置多液压发电机组在启动或停止时输出功率脉动问题,提出一种基于有功功率补偿的波浪能平均功率送出方法。根据波浪能转换发电系统特点及工作原理,在并网逆变器交流侧挂一台有功功率补偿装置,能同时平抑多台液压发电机组的功率脉动,并以平均功率送出。为验证该方法的有效性,建立多液压发电机组并网功率脉动平抑仿真模型。仿真结果表明,经功率补偿后波能装置并网功率平缓变化,多发液压发电机组的启动或停止时的功率脉动能被完全吸收,平均功率送出方法可提高大功率波能装置在海岛微电网等场合的适应性。

基于Popov超稳定的直驱式波浪发电系统滑模控制

直驱式波浪发电系统工作环境恶劣,速度传感器安装维护困难,为此提出基于模型参考自适应控制的速度观测器和滑模变结构算法相结合的控制策略。以永磁直线同步电机电压电流为输入,基于可调模型、参考模型和采用Popov超稳定性理论确定的速度自适应律三部分,设计速度观测器。通过分析波能转换装置水动力方程,获得最大功率捕获时的期望电流,采用滑模控制算法快速跟踪之。仿真结果表明,所提出的速度观测器可实现速度精确辨识,滑模控制策略可准确跟踪电流期望值,功率优化效果明显,系统鲁棒性强。

较长周期波浪作用下系泊船舶装卸作业波浪标准的试验研究

针对目前缺乏较长周期波浪作用下系泊船舶装卸作业波浪标准的问题,进行系统的分析研究。采用物理模型试验方法,针对一系列油船、LNG船和散货船船型,考虑较大波浪周期范围,开展水动力特性的模型试验,分析船舶运动量随周期的变化规律,并结合相应规范规定,提出较长周期波浪作用下船舶作业允许波高随周期变化的折减系数。研究成果可为相关研究和设计提供科学支持。

六自由度波浪补偿机构结构设计与优化

为提高海上货物转运的安全性,提出基于绳牵引并联装置的六自由度波浪补偿机构结构设计方案。以4级海况为背景,增大工作空间为目的,在补偿需求和抗摆约束下,使用Matlab软件求解多组不同参数机构在横摇和纵摇方向的力旋量可行工作空间与动平台抗摆轨迹,逐一对比分析优化机构参数,最终通过样机实验验证了仿真结论的正确性,证明了4级海况下机构具有足够的波浪补偿能力并可完全消除负载摆动。

多坡度波浪形金属屋面综合施工技术研究

针对多坡度波浪形金属屋面曲率变化多、坡度变化大、形变不规则、穿透式固定渗漏隐患大的施工难题,采用BIM技术对金属屋面进行深化排布,将长度、角度、高度各不相同的屋面檩条模块化拆分,单独编码,显示安装位置。通过完成面标高及屋面做法逆推檩条、檩托板标高,优化檩托板与檩条连接孔,创新提出一种可滑动固定支座结合直立锁边系统,解决多坡度波浪形金属屋面的多曲率线型、伸缩变形和防水性问题。

黄河三角洲潮滩表层沉积物在潮波和波浪作用下的孔压响应及固结机理现场试验研究

为了研究黄河三角洲潮滩表层粉质土在波浪和潮波作用下的孔压响应及对沉积物固结状态影响,在黄河三角洲潮滩上现场取土在试坑内配置了模拟黄河口快速沉积形成的流体状堆积物,利用静力触探试验、孔隙水压力测试手段,对比研究了试坑扰动恢复土体和潮滩原状土体在波浪和潮波作用下的孔压响应,并探讨了黄河三角洲潮滩表层粉质土非均匀固结机理。研究发现:在潮波作用下,潮滩和试坑土体产生了不同的孔压响应,在涨退潮过程中试坑土体超静孔隙水压力经历了负-零-正的变化,相当于经历了一次加卸荷过程,而潮滩土体仅产生了负值超静孔隙水压力。在潮波与波浪相互耦合作用下,潮滩浅部土体产生了明显的孔隙水压力积累,在深度0.3 m附近出现超静孔隙水压力最大值。潮滩表层土体强度沿深度从上到下呈现高-低-次高不均匀固结现象,产生这一现象的机理与潮滩土体在潮波、波浪和潮波相互耦合作用下孔压响应特点有关,特别是潮滩0.3 m深度附近土体受波浪影响显著,长期作用下形成硬壳层。

基于LMMHD波浪能发电机特性的高效实时输出功率控制系统

针对目前液态金属磁流体(LMMHD)波浪能发电机输出功率控制系统响应慢、精度差、变换效率低、低压下不能可靠换向的问题,在LMMHD波浪能发电机输出特性分析的基础上,提出一种通过实时调节LMMHD发电机等效负载来控制发电机输出功率的控制策略,该控制策略快速准确且多模块并联时不存在并联均流问题。通过对考虑寄生参数影响的主电路效率的理论分析,得到了所提输出功率控制策略下主电路效率的变化规律,进而提出了多模块并联的方案,提高了系统效率,降低了单模块的设计难度。并提出了一种滚动时域判断和双模块独立驱动的换向驱动方法,在实现低压下可靠换向的同时避免了电流从体二极管流通,降低了导通损耗。仿真和样机实验结果验证了所提策略的有效性。

跨海桥梁基础波浪力断面对比与研究

桥梁基础在波浪环境下的施工安全关乎桥梁建设的稳定性,需要给予足够的重视。利用数值模拟手段,基于改进的RNG κ-ε模型,采用VOF法模拟自由液面,在保持相同迎浪断面的情况下,建立圆形、圆端形、矩形和多边形4种不同断面形式桥梁基础受波浪作用的三维数值模型,对比其受力差异,并结合流场数据加以分析。结果表明:相同波浪条件下4种不同断面形式的结构所受到水平波浪力中以圆形结构为最小,矩形结构为最大,其总水平波浪力幅值较圆形结构增大10%左右;桥梁基础结构在波浪的作用下,基础周围会受到绕流作用,使得结构部分位置处的流速增大并出现流速集中现象,在矩形结构周围这一现象最为突出,多边形结构的情况与之类似,而圆形及圆端形结构的流速集中现象则相对较弱;按规范计算得到的等效圆柱波浪力相较于数值模拟结果大23%~29%,按等效方柱计算得到的波浪力相较于数值模拟结果大10%~13%。从工程设计的角度看,采用圆弧形的结构设计有助于减小波浪荷载和削弱桥梁基础局部的流速增大与流速集中现象。

基于改进麻雀优化PID的波浪补偿控制方法

随着海上风电“十四五”规划的不断推动,在深远海域对兆瓦级大功率海上风机的需求量随之增加,其规模也在不断扩大。但是,在吊运、安装等海上工作过程中,复杂海浪对船舶产生的持续影响导致风机安装的精度和效率大幅下降,甚至会对人员安全以及财产造成重大损失。在深远海域复杂海况下对工程船舶进行有效的波浪补偿,可提供稳定的作业环境以保证精准高效地完成各项工作,因此,本文提出了一种基于改进麻雀优化PID的波浪补偿控制方法并将其应用于Stewart补偿平台。首先,建立波浪补偿平台动力学以及运动学反解模型,并设计正解模型迭代求解算法。随后,使用PID进行波浪补偿控制,并通过麻雀搜索算法优化参数。接着,采用Circle混沌映射对其进行初始化分布,以解决初始化不均匀的问题;并采用动态自适应加权、柯西突变以及反向学习以提升算法全局寻优能力。最后,生成4~6级海况下的某工程船运动数据作为系统输入,利用MATLAB和Simulink软件平台搭建模型进行补偿控制验证,并在Stewart硬件平台上做补偿试验。结果表明,改进麻雀搜索算法具有较快的收敛速度、较高的精度和更好的寻优能力,优化后的PID控制方法更适合用于复杂海况下波浪补偿平台的控制优化,可为大功率海上风机安装的补偿平台控制系统设计提供参考。

基于PI建模和反步滑模控制的主动波浪补偿策略

海上起重船受风、浪、涌影响会产生剧烈的船舶姿态变化,造成起重机和货物的位姿变化,对货物和人员存在安全隐患,波浪补偿平台的稳定性控制能有效减少复杂海况下船舶运动对海上作业安全性、稳定性和精准性的影响,对浮式起重船海上设备精准装载作业极其重要。针对补偿平台的迟滞非线性导致的建模困难和控制不精确问题,本文提出基于PI(Prandtle–Ishlinskii)建模和反步滑模控制的主动波浪补偿策略。首先,通过实验得到补偿系统的迟滞效应曲线,分析系统迟滞环建立PI迟滞模型,并采用递推最小二乘法辨识模型的各个参数,从而求得系统模型。然后,基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性设计反步控制补偿方法,并结合滑模控制规律加快初始控制速度。最后,将反步滑模法应用于补偿系统,采用MATLAB软件仿真在规则波和不规则波下的响应来验证算法和模型的正确性,并在工控机中用C#编写控制程序,驱动运动控制卡控制伺服电机带动电缸进行补偿运动,同时通过传感器采集系统运动的实时数据,并反馈给工控机形成闭环,以期验证补偿平台在补偿规则波和不规则波下的补偿效果。实验结果表明,所建立的斯图尔特(Stewart)浮式平台中,PI迟滞模型具有良好的精度,反步终端滑模控制算法在Stewart平台的实际控制中能够很好地补偿波浪运动,相比比例–积分–微分控制(PID)、反步法、强化学习等控制方法,反步终端滑模方法能快速较好跟踪期望位移,补偿精度达到0.9729。

基于Pasternak海床模型的椭圆余弦波浪荷载作用下埋置管线动力响应解析解

通过两阶段分析方法,针对椭圆余弦波作用下埋置管线的动力响应进行了探究。基于椭圆余弦波理论,采用Biot固结方程推导了非线性波浪作用下浅水区埋置管线所受的周期波浪压力;将管线考虑为动力Pasternak海床模型上的Euler-Bernoulli梁,将波浪动荷载施加到管线上获得无限长管线的动力响应偏微分控制方程;利用Fourier变换和Laplace变换并借助卷积定理得到管线挠度、速度、加速度、转角、弯矩和剪力的动力响应解。通过与三维有限元数值算例及既有试验结果对比验证了解析解的正确性与适用性。对椭圆余弦波作用下埋置管线的动力响应特性进行了敏感参数分析,结果表明:波浪高度H显著影响了波面形状与海床内波浪力大小,不同浪高下管线转角、弯矩和剪力的变化更明显,而挠度、速度和加速度响应敏感性则较低。