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基于势流理论和时域高阶边界元方法,建立了三维完全非线性数值波浪水槽模型.利用源造波法产生入射波浪,应用五阶斯托克斯波理论给定波浪速度;采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,将二阶泰勒级数展开法应用于更新下一时间步的波面和速度势;通过加速势的方法准确计算自由水面速度的法向导数和物面速度势的时间导数.对完全非线性波浪进行了模拟,得到了稳定的波形.当波浪非线性较小时,与四阶Runge- Kutta法(RK4)计算结果和五阶斯托克斯波理论解均吻合良好;随着波浪非线性的增大,计算结果误差逐渐增大.通过数值试验分析,在满足精度要求的基础上,本方法计算时间略大于四阶Runge- Kutta法的四分之一,大大减少了计算量. 相似文献
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基于Boussinesq水波模型的聚焦波模拟 总被引：1，自引：1，他引：0
基于最高导数为3阶的单层Boussinesq方程,建立了聚焦波的时域波浪计算模型。数值模型求解采用了预报?校正的有限差分法。对于时间差分格式,预报和校正分别采用3阶Adams-Bashforth格式和4阶Adams-Moulton格式。首先,针对不同水深条件下水槽中传播的强非线性波进行模拟,并将数值结果与流函数的数值解析解进行了比较,结果表明无论是波面位移、波面处的水平速度和垂向速度均与解析解符合较好,最大波峰面的速度分布伴随水深的增加与解析解吻合程度变差,非线性速度分布的适用范围与线性解析解适应范围kh<3.5基本一致。其次,对深水聚焦波演化进行了模拟研究,研究中聚焦波的生成采用在边界点累加不同频率线性规则波的方法。应用聚焦波物理模型实验结果验证模型,计算聚焦位置处的波面位移和沿水深的速度分布与实验结果的对比表明,波面位移吻合程度较好,垂向的水平速度分布基本吻合。最后,保持中心频率(周期)不变,数值模拟了周期范围变化下最大聚焦波峰面以及波峰面水平速度的变化趋势,结果表明波峰面值和波峰面水平速度随着周期范围缩小而增大。 相似文献
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目前,斯托克斯(stokes)五阶重力波理论已广泛应用固定式导管架平台的外载荷估算,波浪速度势大多采用文献[1]给出的公式进行计算。 相似文献
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为了解复杂海况下风浪对水下拖缆的影响进行了动力学仿真研究。以P-M谱作为海浪谱密度公式,计算一组不同频率的组成波,采用线性波浪叠加法,计算由波浪引起的空间流场速度及加速度,推导叠加波的干扰力,将不规则波引入水下拖缆动力学模型中,采用四阶龙格库塔积分法对动力学模型进行数值求解,讨论拖缆在不同海况下的动力特性。结果表明,随着海况等级的提高,叠加波的频率范围逐渐降低,拖缆的垂向偏移量以及拖点处张力均会产生明显增加及波动,且其波动周期接近叠加波的平均周期;在不同浪向角的作用下,拖缆波动规律与规则波作用下类似,但也具有一些不规则波的特点。 相似文献
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波浪与水流共同作用下的流速场 总被引：2，自引：1，他引：2
本文讨论了波浪与稳定流相互作用的二元流条件下的流速场问题。分析表明由于波浪与水流相互作用的结果水流的垂线流速分布变得更为均匀,这一结果已经实验验证。结果还表明对于波流共同作用下的水平流速场可以应用波浪与水流二者水平流速值的叠加原理。数值计算的结果表明,对于波面高程和水平流速值,由非线性波理论所得的结果较线性波理论的结果为好。作者认为,在波流共同作用条件下,在工程实用上为了计算水平流速场,当相对水深 d/L 2大于0.1时,司采用斯托克斯三阶波或五阶波理论,当相对水深 d/L_2小于0.1时,司采用椭圆余弦波理论(d 为水深,L_2为静水中的波长)。 相似文献
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堤前远破波运动与冲淤形态 总被引：1，自引：0，他引：1
利用数值波浪水槽,对远破波作用下堤前波浪运动进行了数值模拟。分析了堤前速度场的变化,指出堤前波浪运动在一个波周期内可分为向堤波和离堤波。波浪在距堤约L/2处破碎后向堤冲击并沿堤面爬升,称为向堤波;波浪从堤面最高处回落与向堤波相遇并破碎,称为离堤波。堤前远破波的前半个周期的向堤波速度场大于后半个周期的离堤波速度场,且堤前波浪运动在一个波周期内的前半个周期和后半个周期完全不同。床面某点(L/4,3L/4)的速度在一个波浪周期内随时间呈向堤和离堤变化,向堤速度最大值大于离堤速度的最大值。利用堤前速度场的研究成果,进一步分析了远破波作用下堤前海床冲淤形成过程,完善了冲淤机理。 相似文献
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极限波浪作用下半潜平台运动响应时域数值模拟 总被引：2，自引：0，他引：2
针对一座工作水深为500 m的半潜式海洋平台,运用时域耦合分析方法,计算其在极限波浪作用下的运动响应。通过比较平台在两种不同形式极限波浪(即畸形波和"三姐妹"波)作用下的运动响应,分析两种不同形式的极限波浪对平台运动的影响。同时通过分析畸形波的参数对平台运动幅值的影响,确定平台运动响应对畸形波参数的敏感性。分析结果表明:极限波浪在聚焦点处波高最大,当平台恰好位于聚焦点时,对平台来说最危险;畸形波的波峰值是影响平台运动的最主要参数,在平台初期设计中要考虑工作海域中极限波浪可能达到的最大值;在波峰值相同的条件下,平台运动的最大值随着畸形波的谱峰周期和有义波高的增加而增加。 相似文献
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水槽中浅水非线性长波传播的 Boussinesq 数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
浅水非线性长波传播变形中会产生波-波相互作用,为较好地模拟这种现象,在非交错网格下建立了近似在阶完全非线性的高阶 Boussinesq 数值模型.数值模型中采用了混合 4 阶 Adams- Bashforth -Moulton 格式和内部造波技术.数值计算了非线性长波在波浪水槽中的传播变形,计算结果与相关实验数据吻合较好,验证了该数值模型实用性. 相似文献
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Liu等给出的最高导数为2的双层Boussinesq水波方程具有较好的色散性和非线性,基于该方程建立了有限差分法的三维波浪数值模型。在矩形网格上对方程进行了空间离散,采用高阶导数近似方程中的时、空项,时间积分采用混合4阶Adams-Bashforth-Moulton的预报—校正格式。模拟了深水条件下的规则波传播过程,计算波面与解析结果吻合较好,反映出数值模型能很好地刻画波面过程及波面处的速度变化;在kh=2π条件下可较为准确获得沿水深分布的水平和垂向速度,这与理论分析结果一致。最后,利用数值模型计算了规则波在三维特征地形上的传播变形,数值结果和试验数据吻合较好;高阶非线性项会对波浪数值结果产生一定的影响,当波浪非线性增强,水深减少将产生更多的高次谐波。建立的双层Boussinesq模型对强非线性波浪的演化具有较好的模拟精度。 相似文献
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畸形波传播速度实验和数值模拟研究 总被引：1，自引：1，他引：0
畸形波的传播速度是其最重要的特征参数之一。研究畸形波的传播速度有助于深入和全面了解畸形波的生成机理及其演化过程,另外还可以用于畸形波的预报。针对现有关于畸形波传播速度计算方法(高阶Stokes波理论近似估算,Hilbert变换和两固定点的距离除以畸形波的波峰经过两点所用时间)的不准确性和局限性,使用32个测点描述畸形波波峰沿波浪水槽的运动轨迹,再用回归分析法估算波峰运动轨迹与时间的相关关系,从而计算出畸形波的传播速度。基于288组物理模拟畸形波和364组数值模拟畸形波传播速度的计算结果,使用回归分析方法得出了畸形波传播速度的半经验半理论计算公式,同时还分析了畸形波传播速度的强非线性特征。 相似文献
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波浪聚焦被认为是产生极限波浪的重要机理之一,近年来受到普遍重视。通过高阶谱方法,引入造波边界建立数值计算模型,模拟聚焦波浪在不同方向分布时的产生和聚焦过程,研究波浪的方向分布对聚焦波浪的波面、波峰最大值、聚焦点的偏移、波面参数及频谱的影响。研究结果表明波浪方向分布越窄,波浪的非线性影响越强、波面越陡,波峰值、聚焦点的偏移和波面特征参数都越大;同时方向分布对波浪聚焦前后的能量具有很大的影响。 相似文献
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本文在时域非线性数值波浪水槽中，研究了不同风速条件下极端波浪的特性。采用推板造波的方式生成非线性波浪，基于Jeffrey遮蔽理论将风压项引入自由面动力学边界条件来模拟风压作用，通过高阶边界元法和混合欧拉-拉格朗日时间步进法来求解初边值问题。通过与已发表的聚焦波群实验结果对比验证了该数值模型的准确性，并研究了风压对极端波浪的最大波高、聚焦位置的偏移和波浪谱的演变等波浪性质的影响。本文进一步在数值波浪水槽中引入均匀水流，来模拟风生流对波浪演变的影响。结果表明，风压的存在会少量增大极端波浪的最大波高，波浪的聚焦和解焦过程伴随着明显的能量传递，并且风生流进一步导致了波浪聚焦位置的偏移。 相似文献
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The present study is employing the equivalent irregular wave approach to predict the wave loads for a ship encountering the worst sea state with respect to the critical dynamic loading parameter. Two different hydrodynamic numerical models, i.e. 3D pulsating source technique and 3D translating pulsating source technique, are applied to calculate the corresponding RAO of the ship moving in waves. Incorporating the RAO of the related physical properties, we can calculate the extreme value for the corresponding ship loading factor, which can be regarded as the worst sea state in the service lifetime of the ship. With the time and period of the occurrence of the corresponding extreme value, we can simulate the time history of the wave load in this period, which is so-called equivalent irregular wave approach. Comparing with the results calculated by the traditional equivalent regular wave approach, we find that the equivalent irregular wave approach can simulate the corresponding wave load more realistic, especially for dynamic pressure. Using the equivalent irregular wave approach can offer the effective and practical base for the ship structural analysis. 相似文献
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风浪波高和周期的联合概率密度分布 总被引：1，自引：0，他引：1
本文采用有代表性的44008美国国家浮标站2003年1～3月实测的海浪谱密度资料,选取三次大风过程进行风浪谱分析。通过对实测平均海浪谱与PM谱、JONSWAP谱及Torsethaugen谱的比较,得到PM谱拟和最好。然后用国际上最先进的随机波分析方法,根据协方差矩阵的循环嵌套技术,以实测平均谱与PM谱为靶谱,对随机波面进行模拟。得到由模拟波面统计的特征值及估计的谱与实测谱结果极为相近,谱峰及谱峰频率都基本一致。说明利用模拟波面研究海浪具有代表性,它可以反映实测海浪的特征。利用Longuet-Higgins(1983)模型计算波高-周期联合概率密度分布,得到变换高斯过程计算的波高、周期联合分布与实测情况基本相同,更好地描述了波高-周期联合概率密度分布。 相似文献
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为了解极端波浪非线性特征,明确波群在演化过程中的水动力学特性,针对一系列高斯波群进行了深水物理试验分析。试验结果显示,增加波陡或波群宽度,均可使波面偏度Sk发生明显变化,尤其当波浪发生破碎后,在破碎区域内,波面偏度变化范围剧烈增大,说明该偏度极大值可能作为判断破碎的一个指标。波陡和波群宽度对波面不对称度影响程度不同:当波陡或波群宽度增加后,波峰不对称度所受影响最大,波峰前端波谷不对称度次之,波峰后端波谷不对称度所受影响最小,但仍不可忽略。在波浪演化过程中,幅值谱出现不同程度频带下移,波浪破碎后,会出现永久频带下移;当调制不稳定发生时,随着调制不稳定指数增加,频带下移量呈现快速增长趋势。 相似文献
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采用目前国际上最新的随机波分析方法,由协方差矩阵的循环嵌套技术,对美国国家浮标44008站2002年6月一典型的双峰海浪谱资料进行谱分析.以实测平均谱为靶谱,对随机波面进行模拟.得到模拟波面估计谱与实测谱极为相近,谱峰及谱峰频率都基本一致.说明利用模拟波面研究海浪具有代表性,它可以反映实测海浪的特征.利用实测海浪谱密度,统计波特征量的周期概率分布,得到理论周期概率密度与估计周期概率密度分布相符较好,且与模拟波面的波周期分布也较好的一致.利用Longuet-Higgins(1983)模型计算了波高-周期联合概率密度分布.得到变换高斯过程计算的波高与周期联合分布与实测情况基本相同,更好地描述了波高-周期联合概率密度分布. 相似文献
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Efficient Focusing Models for Generation of Freak Waves 总被引：2，自引：0，他引：2
Four focusing models for generation of freak waves are presented. An extreme wave focusing model is presented on the basis of the enhanced High-Order Spectral (HOS) method and the importance of the nonlinear wave-wave interaction is evaluated by comparison of the calculated results with experimental and theoretical data. Based on the modification of the Longuet-Higgins model, four wave models for generation of freak waves (a. extreme wave model + random wave model; b. extreme wave model + regular wave model... 相似文献