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波流环境中垂向圆管射流三维运动和稀释过程模拟

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水科学进展 2017年第2期28卷 265-275页

作者：徐振山陈永平张长宽河海大学港口海岸与近海工程学院江苏南京210098 河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098

采用大涡数值模拟方法建立了波流环境中垂向圆管射流三维物质输运数学模型,在此基础上分析了波流共同作用下射流运动和稀释过程,并探讨了波浪对射流三维时均浓度特征的影响。数模结果与实测数据的对比表明,该模型能够正确复演波流环境... 详细信息

采用大涡数值模拟方法建立了波流环境中垂向圆管射流三维物质输运数学模型,在此基础上分析了波流共同作用下射流运动和稀释过程,并探讨了波浪对射流三维时均浓度特征的影响。数模结果与实测数据的对比表明,该模型能够正确复演波流环境中射流速度和浓度沿水深分布的规律。引入了射流的三维浓度特征指标,即断面最小稀释度及其垂向位置和断面可视范围面积,发现随着波高或波周期的增大,波流环境中射流的断面可视范围面积逐渐增加,这说明波浪对射流的稀释起到一定的促进作用。

关键词：波流射流大涡数值模拟稀释

波流条件下VIVACE型发电装置悬臂圆柱水动力特性及俘能效率研究

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波流条件下VIVACE型发电装置悬臂圆柱水动力特性及俘能效率研究

作者：姜庆典江苏科技大学

学位级别：硕士

海流能作为海洋能中的一种,可基于圆柱涡激振动的原理对其进行开发利用,是当前可再生能源领域中的研究热点。相比传统的海流冲击涡轮机叶片发电装置而言,VIVACE(Vortex Induced Vibration Aquatic Clean Energy)装置具有启动流速低、装... 详细信息

海流能作为海洋能中的一种,可基于圆柱涡激振动的原理对其进行开发利用,是当前可再生能源领域中的研究热点。相比传统的海流冲击涡轮机叶片发电装置而言,VIVACE(Vortex Induced Vibration Aquatic Clean Energy)装置具有启动流速低、装置成本低,不影响海洋生态环境以及使用寿命较长等诸多优点。目前,已有不少学者研究了海流对圆柱载荷和发电效率的影响,但对于波流共同作用下的影响,鲜有成果发表。因此,开展VIVACE装置在波流条件下的水动力载荷和发电效率研究,在海流能应用方面具有一定的社会价值和工程意义。针对自由液面条件下悬臂圆柱运动的水动力特性问题,基于CFD方法,对悬臂圆柱在自由液面条件下固定不动与垂荡振动运动响应进行数值模拟。计算得到悬臂圆柱水动力载荷在不同淹没深度、不同圆柱半径和不同流速等条件下的变化规律。根据圆柱振动响应变化规律,计算悬臂圆柱在不同条件下的俘能效率,得到俘能效率随着不同淹没深度、圆柱半径和流速等条件下的变化规律。针对波流条件下悬臂圆柱运动的水动力特性问题,在自由液面数值模拟的基础上,建立波流条件下悬臂圆柱固定不动与垂荡运动响应的数值模拟方法,得到悬臂圆柱水动力载荷。通过改变淹没深度、波浪周期、流速和圆柱半径等参数,得到其对悬臂圆柱水动力载荷的影响规律。根据圆柱振动响应变化规律,计算悬臂圆柱在不同条件下的俘能效率,并得到俘能效率随着不同淹没深度、波浪周期、流速和圆柱半径下的变化规律。针对波流条件下悬臂圆柱旋转运动时的水动力特性问题,基于CFD方法,在波流条件的基础上,增加力矩点与力矩,对悬臂圆柱在波流条件下旋转运动响应进行数值模拟。通过改变圆柱、波浪与力臂等参数,得到悬臂圆柱水动力载荷在不同淹没深度、波浪周期、流速、力臂长度和力臂角度等条件下的变化规律。根据不同条件下圆柱振动响应变化规律,计算得到俘能效率随着不同淹没深度、波浪周期、流速、力臂长度和力臂角度等的变化规律。

关键词：海流能悬臂圆柱波流振动响应俘能效率

波流作用下圆柱体入水特性的三维数值模拟研究

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船舶力学 2015年第10期19卷 1186-1196页

作者：杨衡孙龙泉刘莹姚熊亮哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001

结构在实际海况中入水受到多种载荷的共同作用,同时还伴随波浪作用的影响,因此该过程是一个强非线性的过程。针对结构在波、流中入水过程的特点,将入射波(波、流)引入非线性双渐进法,研究三维刚体圆柱体在波、流及波流联合作用下入水过... 详细信息

结构在实际海况中入水受到多种载荷的共同作用,同时还伴随波浪作用的影响,因此该过程是一个强非线性的过程。针对结构在波、流中入水过程的特点,将入射波(波、流)引入非线性双渐进法,研究三维刚体圆柱体在波、流及波流联合作用下入水过程运动响应及姿态的变化,计算结果与试验结果符合得较好,非线性双渐进法适用于分析三维刚体波、流中入水问题。结果表明在近波面附近,结构受波浪作用明显,入水相位、浪级、流速及波流速度矢量差异对结构入水运动速度及轨迹影响明显。

关键词：入水波流非线性双渐进法(DAA)

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波流环境中射流的大涡数值模拟

水科学进展 2014年第2期25卷 239-245页

作者：徐振山陈永平张长宽王娅娜河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210098 河海大学港口海岸与近海工程学院江苏南京210098

采用大涡模拟方法(LES)对波流环境中的垂向圆管射流进行了数值模拟。出口边界采用人工海绵层加零梯度条件以减小数值反射,且保证自由出流;入口边界分别采用线性叠加和非线性叠加的波流边界条件,通过与物理实验数据对比发现,采用非线性... 详细信息

采用大涡模拟方法(LES)对波流环境中的垂向圆管射流进行了数值模拟。出口边界采用人工海绵层加零梯度条件以减小数值反射,且保证自由出流;入口边界分别采用线性叠加和非线性叠加的波流边界条件,通过与物理实验数据对比发现,采用非线性叠加的边界条件时模拟精度更高。数模结果表明,在波浪和水流共同作用下,射流体上部出现了较为明显的"水团"现象,射流平均速度矢量较纯流环境中更靠近底床,这与前期实验观察的结果一致。

关键词：射流波流大涡模拟

波流与地震共同作用下跨海斜拉桥动力反应研究

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公路交通科技 2018年第11期35卷 69-76页

作者：吴安杰杨万理赵雷贵州理工大学土木工程学院贵州贵阳550003 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为了揭示跨海深水桥梁多灾害荷载耦合作用规律,基于非线性Morison方程,建立了波浪、水流和地震联合作用下水-结构体系动力平衡方程(波浪运动描述采用非线性Stokes五阶波)。在大型通用有限元ANSYS软件上编制APDL程序,通过动力时程分析法... 详细信息

为了揭示跨海深水桥梁多灾害荷载耦合作用规律,基于非线性Morison方程,建立了波浪、水流和地震联合作用下水-结构体系动力平衡方程(波浪运动描述采用非线性Stokes五阶波)。在大型通用有限元ANSYS软件上编制APDL程序,通过动力时程分析法,以某跨海深水斜拉桥为依托,研究了水对跨海深水斜拉桥结构动力特性以及动力响应的影响,并研究了地震、波浪和水流荷载对跨海深水斜拉桥结构的作用效应,阐明了三者共同作用特点。研究表明:跨海深水斜拉桥属于柔性结构,基本频率较低(基频为0. 092 835 Hz),同时周围水的存在对结构频率有降低作用,最大降幅为13. 4%,水对该跨海深水斜拉桥结构地震响应有增大作用,最大增幅为27. 6%;在波流与地震联合作用时,波流场与地震对结构振动而产生的振荡流场叠加,从而形成一个新的共存流场,联合流场将改变纯波流场的频率,使得波流荷载偏离结构既定的共振周期,从而削弱共振效应,整体流场振动频率介于单独波流场频率和地震主频之间,波流对地震响应影响可达124. 2%,波流与地震作用之间存在相互影响,因此,对处于复杂海洋环境中的跨海深水桥梁结构进行波流与地震联合作用分析是必要的。

关键词：桥梁工程动力响应有限元方法跨海斜拉桥波流地震

波流作用下黄河三角洲多层粉质土孔压累积及液化分析

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海洋湖沼通报 2021年第3期43卷 41-47页

作者：于雅琼王起刚谭长伟丁奇奇王伟常季青于淼青岛市勘察测绘研究院山东青岛266032 青岛岩土工程技术研究中心山东青岛266032

在波浪和海流作用下,多层粉质土海床可能会发生液化破坏,进而影响工程构筑物的安全。以黄河三角洲为背景,选取垦东地区三种典型粉质土海床,基于Terzaghi固结方程和Biot渗流理论,验证了波流作用下多层土海床累积孔压响应模型,探讨了三种... 详细信息

在波浪和海流作用下,多层粉质土海床可能会发生液化破坏,进而影响工程构筑物的安全。以黄河三角洲为背景,选取垦东地区三种典型粉质土海床,基于Terzaghi固结方程和Biot渗流理论,验证了波流作用下多层土海床累积孔压响应模型,探讨了三种不同典型海床累积孔压与液化特征的差异,以及波流参数对海床动力响应的影响。结果表明,上覆硬壳层的海床累积孔压竖向分布出现了两个峰值,并且液化深度可达7.8 m,流速、波高和水深对累积孔压影响显著,而周期影响相对较小。此外,当波浪传播方向顺流时,随着流速的增大,上层土体累积孔压逐渐增大,降低了海床的稳定性。

关键词：累积孔压动力响应粉质土硬壳层波流

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波流共同作用下砂质海床动力响应

上海交通大学学报 2012年第10期46卷 1553-1557页

作者：崔嵩郑东生叶冠林夏小和王建华上海交通大学土木工程系上海200240 上海交通大学海洋岩土工程研究中心上海200240

基于饱和土两相混合u-p(土骨架变形-饱和土孔隙水压力)理论,采用基于上下负荷面和各向异性的砂土液化本构模型,建立一个多孔介质弹塑性海床模型,用于分析波流共同作用下砂质海床动力响应规律.计算分析了波流共同作用下,砂质海床瞬时振... 详细信息

基于饱和土两相混合u-p(土骨架变形-饱和土孔隙水压力)理论,采用基于上下负荷面和各向异性的砂土液化本构模型,建立一个多孔介质弹塑性海床模型,用于分析波流共同作用下砂质海床动力响应规律.计算分析了波流共同作用下,砂质海床瞬时振荡孔隙水压力与残余孔隙水压力累积的响应规律,并获得了海床液化深度的变化规律.此外,比较了采用弹性与弹塑性砂土本构模型时,海床在波流作用下的动态响应差异.

关键词：两相混合理论波流砂性海床波浪参数液化深度弹塑性本构

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波浪及波流边界层泥沙起动规律

水科学进展 2014年第1期25卷 106-114页

作者：李寿千陆永军左利钦黄伟昊陆彦南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210029

基于波浪边界层理论及单向流泥沙起动Shields曲线,推证出波浪泥沙起动Shields曲线;基于波流边界层理论,提出表述波流边界层动力特征的波流比因子X及非线性作用因子Y,并建立了Y与X的相关关系;在此基础之上,结合单向流及波浪泥沙起动Shie... 详细信息

基于波浪边界层理论及单向流泥沙起动Shields曲线,推证出波浪泥沙起动Shields曲线;基于波流边界层理论,提出表述波流边界层动力特征的波流比因子X及非线性作用因子Y,并建立了Y与X的相关关系;在此基础之上,结合单向流及波浪泥沙起动Shields曲线,推证出波流共同作用下泥沙起动Shields曲线。结果表明:波浪泥沙起动Shields曲线在层流区与单向流光滑紊流区曲线保持一致,粗糙紊流区与单向流粗糙紊流区曲线保持一致,过渡区线型为折线,由层流区及粗糙紊流区曲线延长交汇获得;X及Y能够合理地表征波流边界层动力对比特征及非线性作用特征;波流泥沙起动Shields曲线介于波浪及单向流泥沙起动Shields曲线之间,随着波流比因子X的不同,依据非线性作用因子Y,自动在波浪及单向流泥沙起动Shields曲线之间非线性过渡。建立的波流泥沙起动Shields曲线与试验结果吻合较好,且能够概括单向流、波浪及波流等不同动力及细沙、粗沙等不同粒径的泥沙起动条件。

关键词：波浪波流边界层泥沙起动 Shields曲线

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波流作用对深水桥梁地震响应的影响分析

世界桥梁 2018年第4期46卷 73-77页

作者：吴安杰杨万理赵雷贵州理工学院土木工程学院贵州贵阳550003 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

为研究波流作用对深水桥梁下部结构地震响应的影响,采用ANSYS-CFX软件建立圆形截面桩-水耦合数值模型,计算波流与地震作用下桩的位移和应力响应,分析不同波流(相对水深比、相对流速比、波陡、周期、方向角和相位角)作用下的地震响应。... 详细信息

为研究波流作用对深水桥梁下部结构地震响应的影响,采用ANSYS-CFX软件建立圆形截面桩-水耦合数值模型,计算波流与地震作用下桩的位移和应力响应,分析不同波流(相对水深比、相对流速比、波陡、周期、方向角和相位角)作用下的地震响应。结果表明:随着水深的增加,波流对地震响应的影响增大;相比弱流强波,强流弱波对地震响应影响要显著;波高对地震响应影响与波高大小呈线性关系;波流荷载并不总是起到加大地震响应的作用,波流与地震作用方向角和时间相位差会随机削弱或加强地震响应;波流对地震响应影响可达56.5%,在跨海深水桥梁抗震分析时波流作用的影响不容忽视;6个因素中,周期影响最显著,准确地概化波浪有效周期对结构设计安全至关重要。

关键词：深水桥梁桩基波流数值模型地震响应有限元法