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月池内流体存在活塞和晃荡两类振荡现象。基于线性势流理论,推导了波浪斜向入射下,直墙前矩形月池辐射和绕射问题的解析解。通过分离变量法和特征函数展开法求解了速度势函数,根据边界条件来确定速度势函数中的未知系数,由速度势函数计算斜向波与矩形月池相互作用的水动力系数和波浪激励力,对它们的变化规律进行了分析讨论,研究了底部开口大小、波浪入射角度对矩形月池水动力特性的影响以及直墙远近对波浪力的影响。结果表明,月池底部开口大小对流体水平作用的影响较小,而对流体垂直作用的影响较大;波浪入射角度的变化对矩形月池横荡和横摇运动时的水动力特性有一定的影响;在一定条件下,直墙的存在会使得月池在水平方向所受到的波浪力比开敞水域中的要大。 相似文献
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波浪方向对两矩形驳船间窄缝内流体共振影响的数值研究 总被引：2，自引：1，他引：1
应用二阶非线性三维势流时域模型模拟两个并靠矩形驳船间的窄缝内流体共振现象。模型中,速度势分解为入射势和未知的散射势,其中散射势通过求解边界积分方程计算得到。采用四阶预报校正的方法对自由水面边界条件在时间上进行数值积分。本文研究了波浪方向对窄缝内一阶、二阶波高的影响。计算结果表明,入射波浪的角度不会影响窄缝内流体的共振频率,同时窄缝内流体发生共振时,最大的共振波高总是发生在窄缝中点处。然而,共振时对应的最大波高随着入射角度的变化而变化。同时,入射波浪的频率与窄缝内流体共振频率的相对大小导致窄缝内最大波高位置向上游或者下游移动。 相似文献
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利用时域高阶边界元方法建立了模拟极限波浪运动的完全非线性数值模型,其中自由水面满足完全非线性自由水面条件.采用半混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶Runge-Kutta方法更新下一时间步的波面和速度势,同时应用镜像格林函数消除水槽两个侧面和底面上的积分.研究中利用波浪聚焦的方法产生极限波浪,并且在水槽中开展了物理模型实验,将测点试验数据与数值结果进行了对比,两者吻合得很好.对极限波浪运动的非线性和流域内速度分布进行了研究. 相似文献
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港口内靠码头系泊船运动的计算 总被引：11，自引：1，他引：11
本文以英国南海岸处Ｓｈｏｒｅｈａｍ港内系泊船为例，研究了港口内靠码头系泊船运动的数值计算问题。该船的实船实验和模型实验已经完成，为验证本文计算结果提供了依据。运动方程在时域内求解。在计算船体脉冲响应函数时，引入了船体阻尼系数在频率很低时的渐近表达式和一迭代算法。分析了港内共振波浪和其对船体的作用力。讨论了靠码头系泊船运动的非线性特征。计算结果与实验结果符合很好。 相似文献
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深海采矿船是未来人类获取深海矿产资源的重要装备,研究其水动力特性具有重要意义。月池和输运管是影响深海采矿船水动力特性的重要因素。以世界上第一艘超深水采矿船“鹦鹉螺新纪元”号为研究对象,基于三维势流理论,分析月池尺寸、输运管长度及内径对采矿船水运动特性的影响。结果表明：月池开口会使采矿船垂荡、纵荡和纵摇运动出现共振峰,峰值随着开口尺寸的增加而增大,其中垂荡运动峰值可增加将近2倍;输运管的存在会明显改变采矿船横摇运动固有周期,增大垂荡运动峰值,降低横摇运动峰值,对横荡和纵荡运动的影响亦较大,当输运管长度为 5 000 m,内径为0.480 5 m时,横荡和纵荡响应峰值能够达到无输运管时的3倍以上。通过探究月池开孔和输运管不同参数对采矿船运动的影响,为深海采矿船月池和输运管设计提供一定的借鉴和参考。 相似文献
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与海床不可渗透的情况相比,波浪在可渗透海床上传播时会发生波能衰减。本文将基于可渗透海床上一维修正型缓坡方程,建立方程求解的有限差分模型。将通过与不可渗透海床上矩形Bragg防波堤对波浪反射系数解析解的对比,验证有限差分模型的正确性和适用性。将进一步研究海床可渗透情况下,海床的渗透性参数、坝体的相对宽度、数量、浸没度对波浪反射系数的影响及其与海床不可渗透情况下的差异。本文研究发现,Bragg共振发生时的反射系数随坝体数量的增多而增大,随海床渗透性参数和坝体浸没度的增大而减小,并且存在一个坝体相对宽度值会使Bragg共振反射达到最大。相较于海床不可渗透的情况,发生Bragg共振反射的波浪频率几乎相同,但反射系数减小,而且零反射（或全透射）现象不再存在。 相似文献
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为了更加切合实际地研究鸭式波浪能转换装置的水动力特性及效率,考虑了鸭式装置可绕定轴转动以及装置的附加质量和附加阻尼,以ANSYS14.0软件为平台建立二维数值波浪水槽,对装置在不同波浪条件作用下的受力情况与运动情况进行了数值模拟与分析。结果表明:(1)在相同波高条件下,随着波浪周期的增大,装置受到的水动力力矩增大,转换效率下降,转换效率最高可达到70%;(2)在相同周期条件下,随着波高的增大,鸭式装置受到的水动力力矩也随之增加,波浪在经过装置后波高会发生衰减;(3)装置转换效率总体可维持在70%左右,但由于波峰到达装置时会有部分波浪从其顶部越过,随着波浪波高增大转换效率缓慢下降。为该装置的实际应用提供理论支持。 相似文献
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基于推板造波理论和摇板造波理论,在Open FOAM平台上采用重叠网格技术建立黏性数值波浪水槽,并使用一种结合SIMPLE算法和PISO算法的PIMPLE算法对数值模型进行求解。利用开发的数值模型通过数值收敛性测试和网格独立性测试分别重点研究了时间步长、库朗数和网格尺寸对数值精度和计算效率的影响。并对比研究了此数值模型分别嵌入层流模型和湍流模型的计算精度和计算效率。实现的规则波和二阶有限振幅波与理论结果和试验结果吻合,验证了此黏性数值波浪水槽的造波和主动消波功能。基于二维数值波浪水槽,进一步研究了三维数值造波,数值计算结果与理论结果吻合良好。研究结果不仅验证了重叠网格在二维和三维两相流体域中求解运动物体与流场交互的可靠性和正确性,而且为使用此黏性数值波浪水槽解决更复杂的海洋工程问题提供了依据。 相似文献
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数值化海区框架的建立 总被引：1，自引：1，他引：1
数值化海区建立在海区观测资料的基础之上，采用现有的数值计算模式以拓展海区信息，包括海区水深地形数据库、海区潮流数据库、海区波浪数据库、海区泥沙数据库、数值化海区查询库的建立等内容。数值化海区具备一定的分析与计算能力，并具有投资小、速度快和辅助决策的作用。 相似文献
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数值波浪水槽是研究波浪及波浪与结构相互作用的常用工具,可在真实尺度下产生波浪,并提供流场的详细数据。然而,大部分数值波浪水槽都存在数值耗散和数值色散问题,数值耗散使波能缓慢消散,数值弥散在波传播过程中使波频移。本文在有限差分法（FDM）求解欧拉方程的基础上,提出了一种抑制数值耗散效应的简单方法,考虑阻尼项的影响,对波的传播解进行了解析求解。该方法的主要思想是在动量方程中附加一个源项,其强度由数值阻尼效应的强度决定。本文通过对规则线性波、Stokes波和不规则波的数值模拟,验证了该方法的有效性。结果表明,本文方法可有效减小数值波浪水槽中存在的数值耗散现象。 相似文献
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本文引入数值化海湾健康理论,提出三维数值化海湾健康评估方法以评估和预测海湾健康动态。选用五个指标组用以构建数值化海湾健康指标体系,包括地理指标组、水动力和泥沙动态指标组、生态指标组、水质指标组和社会经济指标组,用以评估自然过程和社会经济对海湾健康的影响。每一指标组中包括不同数量的二级指标。根据二级指标的不同重要性,运用层次分析法对其赋予不同的权重。指标的数据来源于三维数值模型和观测数据。三维数值模型能够为海湾健康评估提供更加全面、完整和详细的数据,并且可以提供预测数据。以乐清湾为例,数值化海湾健康评估方法成功应用于其健康评估过程。基于评估结果,乐清湾口门处表层水体的地理环境是健康的,水动力过程和泥沙动态过程属于亚健康状态,水质和生态环境处于不健康状态。总体而言,乐清湾的海湾健康评估结果为亚健康状态。 相似文献
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LAGFD-WAM海浪数值模式是一种第三代海浪数值模式，通过求解波数谱平衡方程，并考虑风输入、波浪破碎耗散、底摩擦耗散、波波非线性相互作用和波流相互作用等源函数，模拟波数空间下的海浪方向谱，并依此获得海浪的波高、周期和平均波向。该模式的一个显著特点是采用特征线嵌入格式求解海浪的传播。在进行浅水区域的海浪模拟时，特征线嵌入格式的数值计算方案是否合理对海浪数值模拟结果产生直接的影响。为此LAGFD-WAM海浪数值模式提出了一种新的特征线混合数值计算格式，并应用于浅水海浪数值模拟。结果表明，采用该计算方法，能够使数值模拟结果与实测结果很好符合。 相似文献
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Quasi-3D Numerical Simulation of Tidal Hydrodynamic Field 总被引：2，自引：0，他引：2
SONG Zhiyao XUE Hongchao YAN Yixin MAO Lihua XU Fumin
Doctor Senior Engineer College of Harbor Waterway Coastal Engineering Hohai University 《中国海洋工程》1999,(3)
Based on the 2D horizontal plane numerical model,a quasi-3D numerical model is establishedfor coastal regions of shallow water.The characteristics of this model are that the velocity profiles can be ob-tained at the same time when the equations of the value of difference between the horizontal current velocityand its depth-averaged velocity in the vertical direction are solved and the results obtained are consistent withthe results of the 2D model.The circulating flow in the rectangular area induced by wind is simulated and ap-plied to the tidal flow field of the radial sandbanks in the South Yellow Sea.The computational results fromthis quasi-3D model are in good agreement with analytical results and observed data.The solution of the finitedifference equations has been found to be stable,and the model is simple,effective and practical. 相似文献
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Hydraulic Modeling of A Curtain-Walled Dissipater by the Coupling of RANS and Boussinesq Equations 总被引：5，自引：1，他引：5
A hybrid numerical method for the hydraulic modeling of a curtain-walled dissipater of reflected waves from breakwa-ters is presented. In this method, a zonal approach that combines a nonlinear weakly dispersive wave (Boussinesq-type equation) method and a Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) method is used. The Boussinesq-type equation is solved in the far field to describe wave transformation in shallow water. The RANS method is used in the near field to re-solve the turbulent boundary layer and vortex flows around the structure. Suitable matching conditions are enforced at the interface between the viscous and the Boussinesq region. The Coupled RANS and Boussinesq method successfully resolves the vortex characteristics of flow in the vicinity of the structure, while unexpected phenomena like wave re-reflection are effectively controlled by lengthening the Boussinesq region. Extensive results on hydraulic performance of a curtain-walled dissipater and the mechanism of dissipation of reflected waves 相似文献
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南极威德尔海区域海冰异常对初夏东亚大气环流和天气影响的数值研究 总被引：5，自引：2，他引：3
利用经过改变用于长期数值预报的CCM1(R15L7)模式以1975年1月16日00Z模式适应场为初始场积分5个月,研究南极威德尔海附近(60°W～30°E)海冰的面积异常对东亚初夏环流转换季节的影响.发现当南极海冰偏多时,在亚洲北部冷空气活动在初夏仍然很多,势力还很强,东亚南北两支急流分支仍很明显,各种环流特征更偏向于冬季型,不利于东亚初夏的环流季节转换.海冰异常偏少时则相反,亚洲北部的冷空气活动明显减弱,南方暖气流势力明显加强北移,东亚的两支急流也趋于合并北抬,环流形势更接近于夏季型,海冰的减少促进了东亚初夏的环流季节转换过程. 相似文献
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HUANG Rui Xin 《海洋学报(英文版)》2014,33(3):19-39
Study of oceanic circulation and climate requires models which can simulate tracer eddy diffusion and ad vection accurately. It is shown that the traditional Eulerian coordinates can introduce large artificial hori zontal diffusivity/viscosity due to the incorrect alignment of the axis. Therefore, such models can smear sharp fronts and introduce other numerical artifacts. For simulation with relatively low resolution, large lateral diffusion was explicitly used in models; therefore, such numerical diffusion may not be a problem. However, with the increase of horizontal resolution, the artificial diffusivity/viscosity associated with hori zontal advection in the commonly used Eulerian coordinates may become one of the most challenging ob stacles for modeling the ocean circulation accurately. Isopycnal eddy diffusion （mixing） has been widely used in numerical models. The common wisdom is that mixing along isopycnal is energy free. However, a careful examination reveals that this is not the case. In fact, eddy diffusion can be conceptually separated into two steps： stirring and subscale diffusion. Due to the thermobaric effect, stirring, or exchanging water masses, along isopycnal surface is associated with the change of GPE in the mean state. This is a new type of instability, called the thermobaric instability. In addition, due to cabbeling subscale diffusion of water parcels always leads to the release of GPE. The release of GPE due to isopycnal stirring and subscale diffusion may lead to the thermobaric instability. 相似文献
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海浪和潮汐风暴潮耦合过程的数值研究 总被引：1，自引：0，他引：1
海浪和风暴潮是重要的海洋灾害。对它们的精确预测和预报对沿岸海洋灾害的风险评估及海洋工程的设计具有极其重要的社会和经济价值。过去人们本多对波浪和风暴潮单独进行预报。实际上，风既产生浪又产生风暴潮，因此它们的产生必然存在相互作用。本研究的目的就是要建立一个渤海高分辨率的双向耦合的海浪和潮汐风暴潮数值模式，研究各耦合机制的影响，以期为黄河三角洲沿岸风暴潮海浪漫堤、漫滩风险评估提供更为准确的海浪风暴潮预测预报结果。
作者在研究中基于国际上先进的第三代海浪数值模式和潮汐风暴潮模式，建立了渤海2''×2''的海浪和潮汐风暴潮耦合数值模式。耦合模式充分考虑了三个主要耦合物理机制：依赖海浪状态的表面风应力，波-流相互作用底应力和辐射应力。波浪模式主要基于国际上第三代WAM模式，并对其进行了浅水效应的改进，以包括浅水深度破碎引起的能量耗散；潮汐风暴潮模式计算中开边界考虑了10个主要分潮K1，O1，P1，Q1，M2，S2，N2，K2，Sa，Ssa。依赖海浪状态的表面风应力取自Donelan等(1993)的结果,波-流相互作用底应力取自Signell等(1990)对 Grant and Madsen(1979)简化的结果，辐射应力以海浪谱表示。耦合计算中，两个模式通过三个耦合机制双向传递所需参量。
运用胜利油田中心一号观测的2个同步浪、潮、流资料对所建的耦合模式进行了检验，并通过耦合和非耦合模式结果的对比对各耦合机制的影响效应进行分析研究。研究结果表明，不同物理机制对波高的影响主要由能量方程中以辐射应力表示的波流相互作用所决定；在波-潮耦合作用中，依赖波令的表面风应力和辐射应力对水位是正效应，而波流相互作用底应力对水位是负效应。三个物理机制的综合净效应是正，可增加水位达25cm。比较显示，耦合模式的结果无论对波高还是水位都比非耦合模式的结果好，特别在峰值处。
本研究显示耦合模式的结果将改进海浪和风暴潮的模拟精度。所建立的耦合模式将对渤海海浪和风暴潮预报精度的提高，以及为黄河三角洲近岸海浪和风暴潮灾害的风险评估，提供更可靠的参数，具有重要的价值。 相似文献
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A nested numerical storm surge forecast model for the East China Sea is developed. Aone-way relaxing nest method is used to exchange the information between coarse grid and fine grid. In the inner boundary of the fine grid model a transition area is set up to relax the forecast variables. This ensures that the forecast variables of the coarse model may transit to those of fine grid gradually, which enhances the model stability. By using this model, a number of hindcasts and forecast are performed for six severe storm surges caused by tropical cyclones in the East China Sea. The results show good agreement with the observations. 相似文献