分层流体中运动源生成的内波研究进展

针对两类密度分布模型------连续分层流体和间断分层流体, 综述了在运动潜体生成的Kelvin型和非Kelvin型内尾迹研究方面的现状, 内容侧重于运动源生成内波的解析理论和分层拖曳水槽中内尾迹实验方面的研究成果. 介绍了在连续分层流体中运动源生成的Kelvin型非线性内波的一般方程和在间断分层流体中Kelvin型内波的势流分析的一般方法; 概述了运动源诱生的先锋内孤立子、代数孤立子和平孤立波3类特殊非线性内波的研究进展, 其中运动潜体生成的平孤立内波被作者实验证实是一类极限孤立波, 并首次建立了共轭流动模型予以描述; 综合分析了在密度线性分布流体中潜体运动生成内波的动力学过程多样性特征, 其中包括内尾迹近场和远场的时空结构、不稳定结构、涡旋与湍流耦合结构以及湍流与内波相互作用结构等.      

分层流体中混合流体团运动生成内波的研究现状

本文综述了分层流体中混合流体团运动生成内波的研究进展状况,系统地介绍了它的应用背景、实验和理论结果以及有待进一步研究的问题。      

分层流体中栅格湍流的特性

本文考察了分层流体中栅格湍流衰减和演化过程的细节,通过对空间场的信息二维图象处理,获得了湍流动能、耗散率、功率谱及多种湍流尺度等主要湍流特征量。结果显示层结加速了湍流垂直动能的衰减,而水平动能的衰减几乎很少受影响。流场各特征量与前人结果也符合得较好。     

半潜式钻井平台管道钢构支架极限强度研究

钢构支架是半潜式钻井平台管道支吊架的主要类型之一,钢构支架的极限强度是管道系统正常工作的重要保障。研究结构极限强度的方法有理论分析、有限元数值仿真和实验分析。在分析极限理论的基础上由静力法计算四种钢构支架试件的极限载荷;利用MSC软件对试件极限载荷进行数值仿真分析,并对有限元模型化技术进行讨论;对试件进行实验极限载荷测试,对比分析了三种方法测得的极限载荷。结果表明,三种分析方法计算得到结构的极限载荷基本一致,对于结构形式较为简单的结构通过理论分析可以得到简化解析解析解;数值仿真分析中采用合理的有限元模型化技术(结构有限元模型、边界、约束等)可得到精度较高的计算结果。     

具有小密度差的两层流体中运动点源的二阶内波解

在具有自由面的两层流体中，运动点源生成的Kelvin船波存在两种模式，即表面波模式和内波模式。当上、下层流体密度比趋于1时，由内波模式计算的界面波幅趋于无穷大，这与实验事实相违背。为克服此困难，在自由面和界面作小波幅运动的假设，引入一个小密度差参数。研究了运动点源在无粘、不可压且具有小密度差的两层有限深流体中生成的高阶波动。首先利用摄动方法推导了各阶小参数满足的边值问题；其次，给出了小密度差情形下的可解性条件。证明了在密度比趋于1的极限情形，不存在导致界面波幅无穷大的内波模式；最后，利用Phillips的非线性共振相互作用理论，构造了具有自由面的两层有限深流体中Kelvin船波系的二阶一致有效波动解，并证明了该解在深水情形下退化为Newman关于均匀流体中自由面的二阶波动解。     

连续分层海洋中内波传播的一种数值模式

基于Euler方程,使用有限体积法建立了一种密度为连续分层情况下、适应水深变化的水域中内波传播的数值模式.为了使计算格式能够达到二阶精度,对流项的处理使用了TVD (total variation diminishing)格式.将SIMPLE算法引入连续分层海洋中内波的数值计算,为了简化计算并方便地适应多种TVD格式,在计算预估速度场时采用了显式格式,而没有采用传统的隐式格式;鉴于在原始的SIMPLE算法中没有涉及到由于密度扰动而引起的静水压力场的改变问题,给出了该问题的计算方法.因此改进了SIMPLE算法.出流边界的处理采用阻尼消波和Sommerfeld辐射条件相结合的方式,以使内波得到有效的衰减和释放.将等水深水域的数值解和理论解进行了比较,两者吻合较好;并对存在潜堤时数值计算的不同时刻密度变化的空间分布进行了详细的定性分析.计算结果表明,所建立的数值模式能有效地模拟内波的传播和变形.      

半潜平台运动计算的单体合成法

本文用单体合成法计算了一个半潜平台的运动以及作用在乎台上的水动力和波浪扰动力,利用平台水下部分透浪性能良好的物理假设,在数学上论证了这种方法。     

连续分层流体中垂直薄板的水动力特性

研究了在线性连续分层流体中水波与半潜式刚性垂直薄板相互作用的问题. 在 Boussinesq近似下,基于分离变量法,导出了具有自由面的平面前进波的色散关系,建立 了半潜式刚性垂直薄板的反射与透射能量、水平波浪力的计算方法. 对给定的频率,当它大 于浮力频率时,流场中只有一种模态的平面前进波,当它小于浮力频率时,流场 中有无数多个模态的平面前进波,并证明了对每一种模态的入射波,其它每个模态水波的反射与透射能量是 相等的. 对水面漂浮和座底半潜式薄板的反射与透射能量,以及作用在薄板上的水平波浪力 进行了数值计算分析,表明了流体的线性连续分层效应对这些水动力的影响是不可忽视 的. 特别地,在入射波频率小于浮力频率时,与第1模态入射波的能量转化量及其对薄板产 生的水平波浪力相比,其它模态入射波的能量转化量及其对薄板产生的水平波浪力都要大得 多.     

饱和多孔半平面与无限长梁的动力相互作用

用解析法分析了受法向力作用时饱和多孔半平面的动力响应,在此基础上对饱和多孔半平面与无限长梁的动力相互作用问题进行了分析。借助Fourier变换,将Biot基本方程组转化为常微分方程组并对其分步进行求解,从而将原先极为复杂的问题转化为相对简单的数值积分问题。研究了振动频率(ω)、液体内摩擦(b)和梁的刚度(EI)对梁挠度的影响。数值计算结果表明,振动频率、液体内摩擦和梁的刚度对梁的挠度曲线的形状,尤其是对梁的最大挠度有着显著的影响。梁挠度的幅值随ω的增高,随b的减小,其衰减速度在增快,但随着EI的增大,梁挠度的幅值衰减速度并无明显的变化;梁挠度的最大幅值随ω的增高而减小,随b的减小,随EI的增大而减小。     

两层流体中水波在垂直薄板上的反射与透射

研究在两层流体中表面波模态和内波模态的波浪与半潜式刚性垂直薄板 相互作用的问题. 基于特征函数展开理论,建立了两种模态入射波作用下,半潜式刚性垂直 薄板的反射与透射能量的计算方法,证明了对每一种模态的入射波,另一种模态波浪的反射 与透射能量是相等的. 对水面漂浮和座底半潜式薄板的反射与透射能量,以及作用在其上的 水平波浪力进行了数值计算分析,表明在某个频率范围内,流体的分层效应对这些水动力 量的影响是不可忽视的. 特别地,当薄板的一端位于两层流体的内界面上时,两种模态波浪 的能量转化是最大的.     

分层流体中内孤波的研究进展

综述了分层流体中内孤波的理论分析和符号运算的研究进展状况,系统介绍了应用背景、实验报道、理论分析和符号运算的结果以及有待进一步研究的问题      

分层流体中内孤立波在台阶上的反射和透射

基于匹配渐近展开和格林函数的方法,研究了两层流体系统中内孤立波在台阶地形上透射、 反射及其分裂的演化特征. 通过保角变换和求解奇异Fredholm积分方程,获得了反映地形 效应对Boussinesq方程影响的约化边界条件,藉此建立了KdV演化方程的``初值'问题, 根据散射反演理论获得了反射波和透射波的解析表达式. 分析结果表明：上下流体层的厚度 比、密度比以及台阶高度对于反射和透射波振幅及其分裂具有显著的影响. 尤其当上层流体 厚度小于下层厚度时,由于存在临界点,在其附近反射波的幅值随台阶高度的演化由单调增 变为单调减,透射波的幅值由单调减变为单调增;上台阶的反射波与入射波反相,其最大幅 值可达到入射波的数倍;此外,下台阶反射波也可发展为单支孤立波,它区别于单层流体中 反射波仅为衰减的振荡波列.     

A BOUNDARY ELEMENT METHOD FOR THE INTERACTION OF FREE-SURFACE WAVES WITH A VERY LARGE FLOATING FLEXIBLE PLATFORM

In this paper a derivation is given of an integro-differential equation for the determination of the deflection of a large floating flexible platform, excited by waves. The formulation is presented for the general three-dimensional case where also a current may be present. For the two-dimensional case (1-D platform) a solution method with orthogonal function expansions turns out to be nonconvergent and therefore we have chosen to use a finite-difference method to tackle the fourth-order derivatives. This method seems to be efficient and may be extended to the general three-dimensional case. In this paper, we present 2-D results only. For the zero current situation the amplitude of the deflection of the platform together with the reflection and transmission coefficients are shown. Furthermore, for several values of the wavelength, the influence of the current is studied. The analysis for the response of a 2-D platform to a moving pressure point is then given.     

层结流体中湍流锋面特征的实验研究

在线性分层的水体中；由拖动坚条形栅格产生湍流锋面，通过阴影可视化技术考察了锋面的流态和运动行为，将锋面迹线经过图像处理，获得了锋面运动特征的有关信息：运动速度随时间的增长关系；锋面坍塌的平均无因次特征时间为NTC＝2．9；它随湍流Froude数Fri的增大而减小；锋面的特征尺度Hf与栅格运动的参数有关；当湍流演化成内波时，对锋面与内波运动间的关系进行了初步探讨和分析．     

海洋内波研究现状简介

Ⅰ.引言内波是发生在稳定层化流体中的一种波动,其最大振幅在流体内部,频率介于惯性频率f与浮性频率N之间。在海洋中由于海水的层化,内波是很普遍的现象。它具有很强的随机性,时空尺度分布在相当宽的范围内,典型地有:振幅为几米至几十米乃至百米;水平波长为百米至几十公里;铅垂波长为几十米至几公里;周期为几分钟至几十小时。因而海洋内波是很容易观测到的。      

爆炸波与地下结构物相互作用的动光弹性探讨

本文用动态光弹性探讨了地表爆炸产生的应力波与地下结构物相互作用的机理,根据等差条纹分布分析了P波、S波、von Schmidt波及R波与结构物基础的相互作用过程。研究表明R波是对地下结构物危害最大的波。可以采取防护措施来反射和消耗R波的能量。