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针对内孤立波与系泊浮式平台的耦合作用问题,本文以单立柱Spar型浮式风机平台为研究对象,研究了平台在内孤立波作用下的耦合运动特性。利用重叠网格技术及自编耦合动力程序,以计算流体动力学求解Navier-Stokes流体控制方程,建立了Spar型浮式风机平台与内孤立波(Internal solitary waves, ISWs)流固耦合作用数值模型。通过系列数值模拟,研究了Spar型浮式风机平台在内孤立波作用下的水平动态载荷和纵荡、横荡规律。研究表明,内孤立波对Spar平台会产生较显著的水平作用力,并产生大幅的水平位移;在水深一定时,同一流体分层比下,随着内孤立波振幅提高,纵荡运动幅值增大;当振幅一定时,随着流体分层比的增大,纵荡幅值减小;通过调整系泊系统,发现非线性系泊系统下平台纵荡幅值要大于线性系泊系统下的情况,即线性系泊系统会低估纵荡运动幅值。 相似文献
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基于MCC理论的内孤立波数值模拟 总被引：3，自引：0，他引：3
基于MCC(Miyata-Choi-Camassa)理论,将内孤立波诱导上下层深度平均水平速度为入口条件,结合理想流体完全非线性欧拉方程,建立了两层流体中内孤立波生成与传播的CFD(Computational Fluid Dynamics)数值水槽方法。在系列数值模拟基础上,获得了内孤立波设计振幅与数值模拟振幅之间的相关关系,实现了在振幅可控条件下的内孤立波数值模拟。结果表明,在极限振幅范围内,数值模拟所得内孤立波波形均与MCC理论解吻合良好,而KdV(Korteweg-de Vries)和mKdV(modi-fied KdV)理论解只适用于小振幅的情况。同时,利用CFD数值模拟结果,对内孤立波诱导流速场特性进行了分析,结果表明内孤立波诱导水平速度在上层及波面下方流体层中垂向衰减很小,但在内界面与波面之间流体层中垂向衰减明显。 相似文献
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内孤立波具有振幅尺度大、能量集中的特点,其引起流场和密度场的迅速变化可能对海洋工程结构物以及水下潜体造成严重威胁。因此研究不同造波条件下生成的内孤立波运动的流场特征具有重要的学术意义和实际应用价值。采用直接数值模拟方法和给定的初始密度场密度跃迁函数,对重力塌陷激发内孤立波的运动过程进行研究,探讨了不同造波条件下,激发产生的内孤立波波型、涡度、振幅和水平速度等流场特征。结果表明:(1)直接模拟数值方法能够模拟内孤立波传播过程中的密度界面波型反转现象;(2)从定性和定量的角度,证实了不稳定内孤立波传播过程中存在能量的向后传递;(3)对于相同的台阶深度(水闸两侧初始密度界面的高度差),初始涡流保持相同,但是随着上下层水深比的减小,其强度下降显著;(4)台阶深度对初始涡流的垂直结构的影响要大于上下层水深比,且台阶深度对内孤立波的振幅、水平速度的影响显著。 相似文献
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张力腿平台内孤立波作用特性数值模拟 总被引：1，自引：1，他引：0
依据三类内孤立波理论KdV、eK dV和MCC的适用性条件,采用Navier-Stokes方程为流场控制方程,以内孤立波诱导上下层深度平均水平速度作为入口边界条件,建立了两层流体中内孤立波对张力腿平台强非线性作用的数值模拟方法。结果表明,数值模拟所得内孤立波波形及其振幅与相应理论和实验结果一致,并且在内孤立波作用下张力腿平台水平力、垂向力及力矩数值模拟结果与实验结果吻合。研究同时表明,张力腿平台内孤立波载荷由波浪压差力、粘性压差力和摩擦力构成,其中摩擦力很小,可以忽略;水平力的主要成分为波浪压差力和粘性压差力,粘性压差力与波浪压差力相比较小却不可忽略,流体粘性的影响较小;垂向力中粘性压差力很小,流体粘性影响可以忽略。 相似文献
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基于有限深两层流体KdV(Korteweg-de Vries)、eKdV(extended KdV)和MCC(Miyata-Choi-Camassa)理论,以内孤立波诱导上下层深度平均水平速度为入口边界条件,采用理想流体完全非线性欧拉方程,建立了两层流体中内孤立波生成的CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟方法。以系列数值模拟结果为依据,结合内孤立波非线性和色散参数的组合条件,给出了选择合适内孤立波理论解作为CFD数值模拟入口边界条件的方法,从而实现了振幅与波形可控的内孤立波完全非线性数值模拟。 相似文献
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内孤立波中半潜平台动力响应特性 总被引：1，自引：1，他引：0
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。 相似文献
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南黄海非线性内波的数值模拟研究(1)——内潮的内Kelvin波模型 总被引：1，自引：1，他引：0
若干观测结果表明,黄海内潮波具有较显著的内Kelvin波性质,并且在南黄海其非线性演变过程是产生内孤立波的重要机理之一。本文给出连续分层海洋的内Kelvin波模型,并且对南黄海进行了初步的数值模拟研究。数值模拟结果表明,内潮引起的质点水平速度u的大的剪切值(绝对值)发生在30 m深度以上的水层,而在30 m深度以下的水层中剪切值很小。 相似文献
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将置于大尺度密度分层水槽上下层流体中的两块垂直板反方向平推,以基于MCC理论解的内孤立波诱导上下层流体中的层平均水平速度作为其运动速度,发展了一种振幅可控的双推板内孤立波实验室造波方法,并对内孤立波作用下浮式生产储油系统(FPSO)的载荷特性开展了系列实验。结果表明,无因次内孤立波水平力和力矩幅值均与先导内孤立子无因次振幅之间呈线性关系,其斜率与上下层流体深度比有关;在各种上下层流体深度比下,无因次内孤立波垂向力幅值与先导内孤立子振幅之间近似呈幂函数关系。 相似文献
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《中国海洋大学学报(自然科学版)》2016,(10)
本文选用RNGk-ε湍流模型封闭二维不可压缩N-S方程组,选用KdV、mKdV理论作为输入条件进行内孤立波造波模拟。运用流体模拟软件Fluent建立二维内波数值水槽,用动网格手段实现网格变形模拟物理边界造波法,用VOF方法进行密度分层流体的内界面追踪,对不同非线性强度的二相流内孤立波进行了数值模拟。并将数值模拟结果与KdV、mKdV理论波形以及内波试验水槽所造内孤立波进行对比,验证了此套造波方法在Fluent中进行内孤立波模拟的可行性。 相似文献
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内孤立波与海脊相互作用的模拟研究 总被引：1，自引：0，他引：1
A nonhydrostatic numerical model was developed and numerical experiments performed on the interaction of an internal solitary wave(ISW) with a sill, for a two-layer fluid with a diffusive interface. Based on the blocking parameter(Br), the flow was classified into three cases:(1) when bottom topography has little influence on the propagation and spatial structure of the ISW(Br0.5),(2) where the ISW is distorted significantly by the blocking effect of the topography(though no wave breaking occurs,(0.5Br0.7), and(3) where the ISW is broken as it encounters and passes over the bottom topography(0.7Br). The numerical results obtained here are consistent with those obtained in laboratory experiments. The breaking process of the incident ISW when Br≈0.7 was completely reproduced. Dissipation rate was linearly related to the blocking parameter when Br0.7, and the maximum dissipation rate could reach about 34% as Br raised to about 1.0. After that, instead of breaking, more reflection happened. Similarly, breaking induced mixing was also most effective during Br around 1.0, and can be up to 0.16. 相似文献
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本文基于MIKE3平台建立宁波、舟山及其附近海域三维水动力模型,通过与实测数据进行潮流验证的基础上,对比了三维模型与二维模型的区别,并主要对舟山绿色石化三期围垦工程实施前后周边潮流场的变化影响进行了预测分析。结果表明:（1）同样的初始条件下,二维模型和三维模型的潮位和潮流验证结果都是良好的,而在某些情况下二维数值结果更接近于实测值;（2）三维垂向上的流速分布呈现出随水深增加而减小的趋势,总体上潮流拟合效果较好,其中0.6H水深以下的流速相对误差结果在10%～15%之间,考虑模型可能受未考虑风场和波浪影响的缘故,局部测站表层计算流速较实测值稍大;而垂向上的流向分布近乎一致;（3）围垦工程前后并未对工程周边潮流场有明显影响,仅在大鱼山岛东北侧、东南侧和西北角受“截弯取直”和小岛屿间水道围堵的影响,有局部潮流形态的改变。整体上看,以顺应岸线方向上的围垦工程布置方案会对局部近岸潮流产生影响,对外海大范围潮流场的影响几乎不计。 相似文献
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In this paper, the hydrodynamic characteristics and flow field around rectangular and delta hydrofoils, moving with a constant speed beneath the free surface are numerically studied by means of isoparametric boundary element method (IBEM). The quantities (source and dipole strengths) and the geometry of the elements are represented by a linear distribution. Two types of three-dimensional hydrofoils (rectangular and delta) are selected with NACA4412 and symmetric Joukowski sections. Some numerical results of pressure distribution, lift, wave-making drag coefficients and velocity field around the hydrofoils are presented. Also, the wave pattern due to moving hydrofoil is predicted at different operational conditions. Comparisons are made between computational results obtained through this method and those from the experimental measurements and other numerical results which reveal good agreement. 相似文献
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Zhuangcai Tian Lei Jia Naili Hu Susheng Wang Mingwei Zhang Guoqing Zhou 《海洋学报(英文版)》2023,42(2):142-149
Internal solitary wave(ISW) is often accompanied by huge energy transport, which will change the pore water pressure in the seabed. Based on the two-dimensional Biot consolidation theory, the excess pore water pressure in seabed was simulated, and the spatiotemporal distribution characteristics of excess pore water pressure was studied. As the parameters of both ISW and seabed can affect the excess pore water pressure, the distribution of pore water pressure showed both dissipation and phase lag... 相似文献
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本文基于三维波流耦合FVCOM-SWAVE数值模式,采用Jelesnianski参数化风场与再分析数据集ECMWF风场数据叠加而成的合成风场作为外力驱动力,模拟了1818号"温比亚"台风引起北黄海及渤海海域风暴潮增减水及波浪的生长与消减过程,进而分析该海域在"温比亚"台风作用下波浪对流速垂向分布的影响。研究结果表明:合成风场得到的风速最大值及出现时刻与实测数据符合较好,合成风场较为合理,能够为模拟波流耦合机制下海域水动力变化提供准确的风场条件;几个测站的风暴潮增水模拟结果与实测数据较为吻合,FVCOM-SWAVE耦合系统合理地再现了"温比亚"台风在黄渤海引发的风暴潮增水以及台风浪过程。此外,计算结果显示"温比亚"期间黄渤海海域最大有效波高分布于台风中心外围,且位于台风前进方向上,波浪最大有效波高值与台风强度有关;在台风过境期间,波流相互作用对近岸海域流速的垂向分布具有一定影响,考虑波流相互作用可有效提高台风风暴潮数值模拟精度。研究结果对台风灾害预报、防灾减灾及港口建筑选址具有一定的参考意义。 相似文献
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在自升式平台的预压载过程中，桩靴在层状地基上较易发生“穿刺”现象，很大程度上影响着平台的安全运行。准确地分析桩靴峰值阻力，避免平台桩靴发生“穿刺”是非常重要的。采用极限分析上限定理，合理构建运动许可速度场，从理论上推导了层状地基上桩靴峰值阻力的上限解答。为了进一步验证峰值阻力理论解答的准确性，采用ABAQUS有限元软件构建了“桩靴—弹塑性海床”的三维数值模型，对桩靴贯入海床的过程进行了数值模拟，分析桩靴周围土体的塑性变形演变规律，研究土体的破坏机理。研究结果表明：推导的桩靴峰值阻力上限解答，能够较好地计算层状地基极限承载能力，通过与离心机试验和数值结果对比，计算误差在18%以内；给出的运动许可速度场能够较好地反映桩靴周围土体破坏模式；桩靴阻力达到峰值时，下层软土中的土塞高度约为桩靴直径的0.2倍。 相似文献
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The submerged 3D turbulent jet flow behavior around a pile on a rigid bed and on a scoured bed was studied experimentally and numerically. ADV was used to obtain the jet velocity distributions and Realizable k–ε turbulence model was used for the prediction of flow field around a pile. The jet flow area was three-dimensional and thus numerical model was a three-dimensional model. The numerical results were used to predict the velocity close to the pile and bed shear stress on the bed. In general, the results indicated that the flow field was also in agreement with the findings of previous experiments in literature and the related principles in the subject area. The experimental results demonstrated that Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) measurements were almost identical with the Realizable k–ε turbulence model results for turbulence intensity I=10%. 相似文献
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根据在青岛附近海域开展的现场观测数据介绍了一种可能的新的第二模内孤立波的产生机制。温度链观测数据显示在2 h内孤立波特征由显著的第一模内孤立波变为了显著的第二模内孤立波。所观测到的第二模内孤立波的波面起伏和它的垂直结构同KdV(Korteweg-de Vries)方程的理论结果吻合良好,对应涨潮引起的内波非线性系数、频散系数以及Ursell数的变化和第二模内孤立波的产生相匹配。这些结果表明,所观测到的第二模内孤立波可能是由于涨潮导致的局地层结快速变化引起的。进一步分析表明,局地层结快速变化可能由潮汐推动黄海冷水团边缘锋面移动引起。 相似文献