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海啸波对近岸结构物冲击作用数值模拟

海啸波对近岸结构物冲击作用数值模拟

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第三十届全国水动力学研讨会暨第十五届全国水动力学学术会议

作者：魏学森戴孟祎周岱韩兆龙包艳赵永生上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海交通大学水动力学教育部重点实验室上海交通大学海洋工程国家重点实验室

沿海结构物设计中一般都会考虑大波的作用,例如:海啸波。其中,波浪力是沿海结构物设计中的一个重要参数。本文研究海啸波对近岸垂直墙的冲击作用,基于光滑粒子流体动力学方法,模拟了海啸波的传播过程以及对垂直墙的冲击作用力。采用Gor... 详细信息

沿海结构物设计中一般都会考虑大波的作用,例如:海啸波。其中,波浪力是沿海结构物设计中的一个重要参数。本文研究海啸波对近岸垂直墙的冲击作用,基于光滑粒子流体动力学方法,模拟了海啸波的传播过程以及对垂直墙的冲击作用力。采用Goring法计算得到造波板位移时程数据,生成海啸波。测量海啸波的沿程高度变化,并与已有实验数据进行对比,验证了本文数值模型的可靠性。针对不同波高的大小和不同静水深度下海啸波对垂直墙的冲击作用进行了数值模拟,结果表明:该模型能够准确模拟海啸波的传播过程,离岸波面抬升和近岸波面抬升的计算结果与实验数据吻合较好。本研究数值模型与计算结果可为沿海结构物的优化设计提供指导。

关键词：海啸波垂直墙波面抬升波浪力光滑粒子流体动力学方法

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钝体尾迹区通气空泡流动特性研究

钝体尾迹区通气空泡流动特性研究

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第三十届全国水动力学研讨会暨第十五届全国水动力学学术会议

作者：王志英黄彪王国玉中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室北京理工大学机械与车辆学院

本研究采用实验的方法开展了不同雷诺数和通气量下,钝体尾迹区通气空泡流动特性的研究。依据雷诺数Re和通气率Q建立了通气空泡气液两相流的流型图谱。根据通气空泡流动特征,将其分为两大类,分别是旋涡脱落型和相对稳定型。当通气率Q=0.0... 详细信息

本研究采用实验的方法开展了不同雷诺数和通气量下,钝体尾迹区通气空泡流动特性的研究。依据雷诺数Re和通气率Q建立了通气空泡气液两相流的流型图谱。根据通气空泡流动特征,将其分为两大类,分别是旋涡脱落型和相对稳定型。当通气率Q=0.0866时,雷诺数的改变不影响空泡流型,均属于旋涡脱落型。当通气率为Q=0.278时,钝体尾部有空泡包裹,随着雷诺数的增加,空泡长度显著减小,空泡形态由相对稳定型向旋涡脱落型转变。当雷诺数保持一致时,随着通气率的增加,均出现了由旋涡脱落型向相对稳定型转变的趋势。随着雷诺数的增加,由旋涡脱落型转变为相对稳定型所需要的通气率增大。

关键词：通气空泡旋涡脱落实验研究

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暴雨变化下马贵河小流域洪水特性研究

暴雨变化下马贵河小流域洪水特性研究

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第三十届全国水动力学研讨会暨第十五届全国水动力学学术会议

作者：周湘航欧国强郭晓军潘华利王协康四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所

广东省高州市马贵镇频繁受台风影响,极易形成强对流暴雨,且这种暴雨具有突发性,短时间雨量大等特点,容易诱发山洪灾害。对流域洪水特性的研究有助于山洪灾害的预报及预警,以减少山洪灾害所造成的损失。以数字高程模型(DEM)为基础,对马... 详细信息

广东省高州市马贵镇频繁受台风影响,极易形成强对流暴雨,且这种暴雨具有突发性,短时间雨量大等特点,容易诱发山洪灾害。对流域洪水特性的研究有助于山洪灾害的预报及预警,以减少山洪灾害所造成的损失。以数字高程模型(DEM)为基础,对马贵河流域进行分析,利用KW-GIUH水文模型对洪水进行模拟,获得了典型断面在不同雨量下的流量变化过程,并探讨了马贵河流域流量陡涨率与累积降雨量陡增变化关系和2010年发生9·21特大洪水特性,可为该流域山洪灾害的防治提供科学依据。

关键词：马贵河暴雨洪水水文模型山洪灾害

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理解流动的相似性理论,一个模型实验解读

理解流动的相似性理论,一个模型实验解读

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第三十届全国水动力学研讨会暨第十五届全国水动力学学术会议

作者：周晓泉胡新启 NG How Yong 陈日东四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室 Centre for Water Research Department of Civil and Environmental EngineeringNational University of Singapore

本文将流场的固有特性——有效体积响应曲线来研究各个比尺下的流动相似问题,在刚性段,流场是严格等效的或相似的。研究表明,在流动的驱动相似条件下,不同比尺的流动将获得相近的响应曲线,或同一个有效体积率雷诺数响应曲线。驱动相似如... 详细信息

本文将流场的固有特性——有效体积响应曲线来研究各个比尺下的流动相似问题,在刚性段,流场是严格等效的或相似的。研究表明,在流动的驱动相似条件下,不同比尺的流动将获得相近的响应曲线,或同一个有效体积率雷诺数响应曲线。驱动相似如Froude数相似准则就是将原型点位在响应曲线上进行平移,如果平移后还是等效的,则原型模型流场相似,可以进行缩尺实验,否则如果不等效,则不相似,不能进行缩尺实验。一般的流动均可能有大、小固壁边界,它们可以有不同的比尺来满足整体和局部的流场相似,这样既解决了实验中出现的困惑,也为以后的同一个实验多种比尺建模提供了理论依据。

关键词：总权重等效方法有效体积率相似理论 CFD

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海冰对水中悬浮隧道非线性水动力载荷影响特性研究

海冰对水中悬浮隧道非线性水动力载荷影响特性研究

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第三十届全国水动力学研讨会暨第十五届全国水动力学学术会议

作者：李志富赵桥生邵飞江苏科技大学船舶与海洋工程学院中国船舶科学研究中心水动力学重点实验室陆军工程大学野战工程学院

海冰覆盖水域中浸没物体非线性水动力载荷特性研究,对水中悬浮结构物的设计建造具有十分重要的指导意义,如:峡湾水域中悬浮隧道等。本研究基于流体匀质、无黏、不可压缩、流动无旋假定下的势流理论对流场进行描述,并将海冰等效为力学特... 详细信息

海冰覆盖水域中浸没物体非线性水动力载荷特性研究,对水中悬浮结构物的设计建造具有十分重要的指导意义,如:峡湾水域中悬浮隧道等。本研究基于流体匀质、无黏、不可压缩、流动无旋假定下的势流理论对流场进行描述,并将海冰等效为力学特性相似的弹性薄板覆盖于流体表面,进而建立速度势在流场上表面应满足的边界条件。为了精确描述浸没物体大幅运动扰动流场特性,引入固定于结构物的非惯性极坐标系,并在该坐标系下建立速度势的多极子展开式,从而推导得出浸没结构物做任意简谐大幅周期运动的物面非线性解析解。在此基础上,系统研究了悬浮隧道各阶水动力分量,随海冰厚度、浸没深度、振荡频率及幅值的变化规律,并与自由表面水域中的情形进行了对比研究,揭示了水中悬浮隧道与水波的相互作用机理,总结了高阶水动力分量的变化特征,为水中悬浮隧道的有关水动力特性分析提供了重要的基础理论支撑和有效的分析手段。

关键词：海冰覆盖悬浮隧道大幅运动非线性水动力解析解

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内倾船波浪中复原力试验和计算研究

内倾船波浪中复原力试验和计算研究

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第三十届全国水动力学研讨会暨第十五届全国水动力学学术会议

作者：王田华顾民曾柯鲁江祈江涛中国船舶科学研究中心水动力学重点实验室

目前国际海事组织第二代完整稳性衡准正在制定中,参数横摇和纯稳性丧失被列入5种稳性失效模式中,波浪中复原力丧失是参数横摇和纯稳性丧失薄弱性衡准和稳性直接评估的关键因素。本研究以一艘内倾船为对象,分别对波浪着不同波长波陡条件... 详细信息

目前国际海事组织第二代完整稳性衡准正在制定中,参数横摇和纯稳性丧失被列入5种稳性失效模式中,波浪中复原力丧失是参数横摇和纯稳性丧失薄弱性衡准和稳性直接评估的关键因素。本研究以一艘内倾船为对象,分别对波浪着不同波长波陡条件下的复原力丧失进行了试验测量,得到了不同横摇角度时的复原力变化曲线,分析了不同波浪条件下复原力的变化规律;同时开发波浪中复原力计算方法和程序,对波浪中船舶复原力变化进行了计算分析,并和试验结果进行了对比,有效验证了计算方法的准确性和有效性,为参数横摇和纯稳性丧失稳性直接评估方法的实现奠定了基础,为船舶第二代完整稳性衡准的建立提供了技术支撑。

关键词：内倾船复原力规则波直接稳性评估二代完整稳性

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粗糙底床泥-水界面有效扩散系数的影响因素及其标度关系

粗糙底床泥-水界面有效扩散系数的影响因素及其标度关系

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第三十届全国水动力学研讨会暨第十五届全国水动力学学术会议

作者：陈春燕赵亮王道增樊靖郁上海大学上海市应用数学和力学研究所

泥-水界面是河流、河口、湖泊、水库、湿地以及近海等自然水体中重要的环境边界。粗糙底床泥-水界面区域物质交换过程不仅与水动力作用和底床渗透率有关,还涉及颗粒/粗糙元尺度的床面粗糙度影响。本文通过实验室环形水槽实验,测量得到... 详细信息

泥-水界面是河流、河口、湖泊、水库、湿地以及近海等自然水体中重要的环境边界。粗糙底床泥-水界面区域物质交换过程不仅与水动力作用和底床渗透率有关,还涉及颗粒/粗糙元尺度的床面粗糙度影响。本文通过实验室环形水槽实验,测量得到不同粒径模型沙粗糙底床条件下,界面物质交换通量的定量数据和变化特征,分析有效扩散系数与其主要影响参数之间的标度关系。实验结果表明,在本文实验参数范围内,粗糙底床条件下泥-水界面有效扩散系数与光滑底床相比有所增大,与其主要影响参数之间存在较为一致的标度关系。对于相对较高渗透率的粗糙底床情形,有效扩散系数与不同形式雷诺数之间大致呈2次方标度关系,其适用范围可采用合适的无量纲参数(如渗透率雷诺数)阈值来表征。与光滑底床相比,粗糙底床条件下的这一阈值由于粗糙床面湍流渗透影响增强而有一定程度的减小。

关键词：粗糙底床泥-水界面有效扩散系数标度关系

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椭圆余弦波作用下沙纹底床近区流场及水体紊动特性数值模拟研究

椭圆余弦波作用下沙纹底床近区流场及水体紊动特性数值模拟研究

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第三十届全国水动力学研讨会暨第十五届全国水动力学学术会议

作者：刘诚刘晓建刘绪杰珠江水利委员会珠江水利科学研究院水利部珠江河口动力学及伴生过程调控重点实验室河海大学港口海岸与近海工程学院

采用OpenFOAM建立波浪数值水槽,开展了椭圆余弦波作用下沙纹底床近区流场及水体紊动特性数值模拟研究工作。研究发现一个波周期内水流首先在沙纹峰后发生分离,并在背浪侧生成一个强度较大的涡流场,其中水平方向上存在明显的回流,竖直方... 详细信息

采用OpenFOAM建立波浪数值水槽,开展了椭圆余弦波作用下沙纹底床近区流场及水体紊动特性数值模拟研究工作。研究发现一个波周期内水流首先在沙纹峰后发生分离,并在背浪侧生成一个强度较大的涡流场,其中水平方向上存在明显的回流,竖直方向上有一个紧邻沙纹峰的上升流和远离沙纹峰的下降流;沙纹对近底水体的影响主要位于距离底床λ～3λ的范围内,其中竖直方向上较大的影响主要集中在底床表面和距离底床2λ的位置,水平方向上较大的影响主要集中在沙纹峰的两侧,且迎浪侧的影响范围远大于背浪侧;此外,一个波周期内强烈的紊动水体首先产生于沙纹背浪侧,并沿背水坡抬升至沙纹峰以上,继而向上游运动,其运动过程中,水体的紊动动能逐渐减小。

关键词：沙纹波浪 OpenFOAM 瞬时流场紊动动能

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岔巴沟三川口交汇河段洪水淹没致灾数值模拟

岔巴沟三川口交汇河段洪水淹没致灾数值模拟

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第三十届全国水动力学研讨会暨第十五届全国水动力学学术会议

作者：许泽星任洪玉丁文峰王协康四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室长江水利委员会长江科学院

干支河流交汇区河段水流相互挤压、顶托作用,使得交汇区水流运动特性复杂多变。本文采用平面二维水动力数值模拟方法,对岔巴沟三川口交汇河段的洪水过程进行了模拟分析,讨论了在两条支流来水条件下交汇区洪水水位、流速场及淹没致灾特... 详细信息

干支河流交汇区河段水流相互挤压、顶托作用,使得交汇区水流运动特性复杂多变。本文采用平面二维水动力数值模拟方法,对岔巴沟三川口交汇河段的洪水过程进行了模拟分析,讨论了在两条支流来水条件下交汇区洪水水位、流速场及淹没致灾特点。结果表明:受交汇水流影响,交汇口局部产生壅水,水面纵比降变缓,水位抬升导致河段淹没受灾;在双支流来流情况下,交汇区水流的相互掺混作用加剧,两河顶托作用增强,使得交汇区洪水位进一步抬升,受灾范围进一步扩大。通过分析岔巴沟三川口交汇河段洪水演进及淹没致灾的特点,可为岔巴沟及其他相似河段的防洪及河道治理提供理论依据。

关键词：岔巴沟交汇河段淹没致灾数值模拟

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时间权重思想在连续腔体流动中的研究

时间权重思想在连续腔体流动中的研究

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第三十届全国水动力学研讨会暨第十五届全国水动力学学术会议

作者：周晓泉 NG How Yong 陈日东四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室 Centre for Water Research Department of Civil and Environmental EngineeringNational University of Singapore

本研究引入时间权重思想,将传统的流量权重及时间流量权重(总权重)两种权重处理方法,应用到拉格朗日传质及欧拉传质计算中,以它们停留时间为主线,获取各种计算方法下的综合停留时间及综合体积。研究将表明拉格朗日方法是一种没有扩散的... 详细信息

本研究引入时间权重思想,将传统的流量权重及时间流量权重(总权重)两种权重处理方法,应用到拉格朗日传质及欧拉传质计算中,以它们停留时间为主线,获取各种计算方法下的综合停留时间及综合体积。研究将表明拉格朗日方法是一种没有扩散的欧拉方法,是欧拉方法的特例,总权重是连接两种方法的桥梁。因此我们将流动问题分为流场问题和扩散场问题,真实的流动是以上两种问题的叠加,当扩散场问题可以忽略时,才能退化为单纯的流场问题,当它不可忽略时,却常常被我们忽视;流场问题可用有效体积来进行解读;扩散场问题可以用扩散因子来解读,就是解读液龄分布曲线(RTD);严格说两个流动是相似的,不仅是流场应该等效,它的扩散场也应该等效,这是便是相似理论的基础。时间权重思想,为我们理解流动,开辟了一个新的视角。

关键词：总权重流量权重停留时间等效方法欧拉方法拉格朗日方法 CFD

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