数值造波技术发展现状及展望

对近30年国内外数值造波技术与方法进行了回顾,对数值造波方法技术的优缺点进行了详尽评述,对各种数值造波方法的原理进行了阐述,理顺了数值造波的整个发展过程,对数值造波的现状进行了较为准确的分析,同时展望了数值造波的发展趋势和方向。

多板主动吸收造波技术实验研究

文章基于主动吸收造波理论,以波高反馈的控制方式设计了一套完整的多板主动吸收造波控制系统。进一步通过水池物理模型实验,以两点法计算对比了主动吸收与非主动吸收造波的效果。实验结果表明,该系统可以实现二维规则波和不规则波的主动吸收式造波。在此基础之上,对比验证了多板控制方式的优势。由于反射结构的三维特性,即使进行二维造波,水池横向各处的反射波浪也会出现很大差异,而多板异步运动的主动吸收造波可以在二维造波过程中有效地约束这种差异,提高造波质量,延长稳定造波时间,该技术具有一定的研究和实用价值。

岸式振荡水柱波能转换装置的数值模拟

针对岸式振荡水柱波能转换装置(OWC)的能量转换效率问题,采用基于域内源造波技术的时域高阶边界元方法(HOBEM),同时在气室内引入压强模型耦合气液相互作用,建立了自由水面满足完全非线性边界条件的二维时域数值波浪水槽模型。通过数值计算研究了岸式振荡水柱波能转换装置的前墙入水深度、前墙厚度、气室宽度及入射波要素对气室内波能转换效率的影响。结果表明:岸式振荡水柱波能转换装置存在一个明显的共振区间,前墙入水深度、厚度与气室宽度的减小均会导致共振频率的增大;前墙尺寸的变化对低频区能量转换效率的影响很小,而气室宽度的变化会影响整个工作频率区间的能量转换效率。

波浪与带有窄缝结构作用的非线性数值模拟

针对波浪与带有窄缝结构作用产生的流体共振问题,采用基于域内源造波技术的时域高阶边界元方法并在窄缝内流体引入人工阻尼,建立了自由水面满足完全非线性边界条件的二维时域数值波浪水槽模型。求解中采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶龙格库塔方法更新下一时间步的波面和速度势,利用加速度势的方法来求得作用结构上的瞬时波浪荷载。通过与已发表文献的数值与实验结果对比,验证了模型的准确性。同时通过大量的数值计算研究了共振条件入射波浪非线性对反射波高、透射波高和窄缝内波高、及结构波浪荷载和压力分布的影响。

波浪与带窄缝多箱体作用共振现象的模拟研究

针对波浪与带有窄缝多箱体结构作用产生的流体共振问题,建立了基于域内源造波技术的二维非线性时域数值波浪水槽模型,其中自由水面满足完全非线性运动学和动力学边界条件,窄缝内流体引入人工阻尼来等效由于涡旋运动和流动分离引起的黏性耗散,计算域边界采用高阶边界元进行离散。通过模拟三箱体间两窄缝内相对波高变化,并与已发表的数值与实验结果对比,验证了本模型的准确性。同时通过大量的数值计算,分析了箱体数量对窄缝内水体共振频率、共振波高以及对结构反射波高和透射波高的影响。

波浪对建筑物和海底的作用

综述第 2 7届国际海岸工程会议 (ICCE2 0 0 0 )上有关波浪对建筑物和海底作用以及造波技术的新进展。内容包括波浪爬高和越浪、防波堤设计、波浪力、建筑物附近的冲刷和造波技术等。

鼓式离心机中的线性规则波浪离心模型试验

波浪诱发砂质海床液化导致的海洋工程事故屡屡发生,开展有效防治液化的工程措施是海洋工程建设的关键所在。受模型比尺限制,在1g模型水槽内难以生成诱发海床液化的波浪条件,采用了大连理工大学最新建设的、国内唯一的大型土工鼓式离心机GT450/1.4开展了生成线性规则波浪的离心模型试验研究工作。其中自主开发了基于200 W直流伺服电机驱动装置的机械造波系统,结合鼓式模型槽长度较大的技术优势,设置了斜坡式多孔钢板构成的消波装置。整套造波系统可以生成不同浪高和频率的线性推进波,试验中通过微型孔隙水压力传感器和自制的浪高仪量测波压力和波高,并通过波浪理论验证了所生成波浪的有效性。与以往离心机中的造波装置相比,本套系统的优势在于能够在较大尺寸的环形波浪槽中生成更强烈度的波浪,为今后波浪诱发海床液化的研究提供了技术保障。

科技成果迅速转化的成功之路

中国船舶总公司702所工程部是该所深化科技体制改革、促进成果转化的产物。成立一年多来,该部以工程造波技术为突破口,迅速在我国日渐兴旺的水上游乐市场闯出一条新路,先后开发出数十种系列产品,成功地使此项技术走向产业化。 工程部使科技成果转化的成功经验是什么呢? 一、成熟的技术十准确的市场切入点是转化的突破口。 工程造波技术是一项成熟的技术。但有了成熟的技术,还要市场需求的牵引,有准确的市场切入点才能使技术转化为商品。为此,工程部一建立,便把注意力首先放在“工作现场”的转移上,即把室内研究向生产现场转移,把生产现场瞄准销售市场,最终定位于销售市场。通过市场调研、信息搜集与分析,对照市场波动的每一个信息及自身的技术特点,迅速进行配对、筛选。经过一段时间探索,他们把工程造波技术定位于潜力颇大的人造水上旅游市场,把造波机开发作为进入市场的切入点。

带窄缝多箱体系统波浪荷载特性分析

针对波浪与带有窄缝多固定直角箱体结构作用产生的流体共振问题,建立了非线性波浪荷载分析二维时域模型。该模型采用域内源造波技术产生入射波浪,自由水面满足完全非线性运动学和动力学边界条件,窄缝内自由水面引入人工阻尼来等效由于涡旋运动和流动分离引起的粘性耗散,建立边界积分方程并采用高阶边界元离散求解物面上速度势等未知量,进而利用加速度势的方法来求得速度势时间导数,并基于伯努利方程积分得到作用结构上的瞬时波浪荷载。通过模拟带两窄缝的三箱体所受水平力与垂向力,并与已发表结果对比验证了模型的准确性。同时通过大量的数值计算,分析了箱体数量对各箱体所受波浪荷载大小及变化规律的影响。

风对单斜坡海堤越浪量的影响

本文基于"解析松弛"的数值造波-消波技术,对单斜坡海堤越浪过程进行模拟,并将无风条件下单斜坡海堤越浪量与《堤防工程设计规范》中计算结果进行比较,两者误差接近30%。同时也对不同风速条件下单斜坡海堤越浪量进行比较统计,发现在风速小于20m/s的条件下,越浪量随着风速增加而增加;风速大于20m/s的条件下,越浪量随着风速增加而减小。