分层流体中内波与半潜平台相互作用的模型试验

对密度分层流体中内波与半潜平台的相互作用问题进行了模型试验研究.采用摇板方法进行了内波造波试验,对内波波长、周期和波高进行了测量分析,获得了内波波高和波长与周期之间的相关关系.利用激光和倾角仪方法对半潜平台的纵荡和纵摇运动响应进行了测量分析,获得了平台纵荡运动及纵摇角幅值与内波周期之间的相关关系.结果表明,在半潜平台的设计与应用中,内波对其运动响应的影响是不可忽视的.特别地,发现了在内波周期的某个范围内,半潜平台的纵荡和纵摇都会出现倍频周期运动响应的现象.     

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。      

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。     

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。     

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.      

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.     

分层流体中内孤立波数值造波方法及其应用

海洋内波是发生在密度分层海水中的波动，对潜艇航行的稳定性和悬停性都有重要影响。本文采用有限体积自适应半结构多重网格法求解Navier-Stokes方程，并用VOF(Volume of Fluid)方法追踪两层流体界面，应用双推板造波法进行内孤立波数值造波，对两层流体中的内孤立波数值造波方法进行研究和探讨。数值模拟结果证...     

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.     

内孤立波作用下潜深对潜体运动响应和载荷特性的影响研究

内孤立波常发生于海洋密度跃层, 因其峰高谷深、携带能量巨大, 在传播过程中会导致跃层上下的海水流动呈现剪切状态, 并引起突发性的强流. 潜体在水下悬停时极有可能会遭遇内孤立波, 由于内孤立波的流场特性, 置于跃层上下的悬浮潜体所产生运动响应和水动力载荷变化不尽相同, 甚者会出现掉深现象. 为探究潜深对波体耦合作用的影响, 基于不可压缩N-S方程和mKdV理论, 采用速度入口造波, 结合重叠网格技术和流固耦合方法, 建立了分层流中内孤立波耦合水下潜体多自由度运动的数值模型, 通过该模型分析了不同潜深下悬浮潜体的运动响应和载荷特性. 结果表明: 在内孤立波作用下, 位于密度跃层上方和跃层中的潜体顺着波的前进方向运动, 先下沉后抬升, 位于跃层下方的潜体则会逆流持续下沉; 潜体与波面的垂向距离越小, 对其纵荡、垂荡和速度的影响越显著, 而位于密度跃层中的潜体在分界面处沿着波形运动, 其运动响应和载荷变化受影响较小; 潜体在跃层上、下流体中所受水平力的方向相反, 水平力峰值小于垂向力峰值, 且位于跃层下方的潜体一直受到低头力矩, 最终导致掉深.      

圆柱运动的内波渐近解

本文提供一个二维内波的渐近解法,对水平圆柱在无粘、稳定的密度连续分层流体中任意倾角运动的问题,得到了伴随的色散关系式,结合倾角α=90°圆柱垂直运动情况,给出了圆柱面上的边界条件和无穷远衰减条件。用渐近展开的方法求出內波的渐近解;对内波传布的规律作了讨论并与內波流场显示结果进行了比较,计算结果合理,运用本解法可望在求解分层流体中圆柱任意方向运动的问题,其它形状物体分层绕流的内波问题、非定常色散以及三维的内波问题中得到推广应用。     

弱冲击波对人员内脏损伤的危险性估计

本文通过对绵羊TNT化爆试验,生物激波管试验和火炮现场试验资料的分析和数据处理,探讨了冲击波物理参数与人员内脏损伤的关系,制定了弱冲击波对人员内脏损伤的安全限值,该限值可作为部队作战、训练的依据,也可作为武器研究、论证、设计、试验和弱冲击波防护的依据,对判定各种爆炸物爆炸引起的人员内脏损伤情况亦有参考价值。     

EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON THE EVOLUTION OF INTERNAL SOLITARY WAVE OVER A RIDGE AND ITS ACTING FORCES ON A SUBMERGED SLENDER BODY

内孤立波沿山脊地形传播过程中的结构变化使得影响海洋结构物及水下航行器安全的不确定因素增加,用大型重力式分层流试验水槽系统研究内孤立波过山脊地形及其对细长潜体作用力特性,可有效提高对其危害性机理的认识.为此,利用电导率探头阵列,结合染色标识方法,测量内孤立波演变特性,同时利用三分量传感器测量水下细长体模型受力特性.研究结果表明：山脊地形显著改变下凹型内孤立波结构,表现为坡前波幅增大,坡顶背风波面抬升,坡后波长变长;内波结构变化直接影响细长体受力特性,表现为坡前向下作用力明显增强,坡顶向上作用力突显,坡后作用力持续时间变长;细长体受力特性变化影响其运动趋势,坡前下沉运动增强、朝山脊方向纵荡运动显著.     

三层流体中斜入射波作用下半无限板的水弹性响应

解析地研究了在三层流体中斜入射波浪与半无限弹性板的相互作用引起的波散射和板的水弹性响应. 三层流体在界面处的密度发生阶跃, 各层为一常数. 假设流体不可压缩、无黏、流体运动无旋. 在线性势流理论框架下, 使用本征函数展开法和内积式给出波板相互作用的半解析解. 根据色散关系分析, 得到了表面波模态和界面波模态入射时的临界入射角. 随着物理参数的变化, 临界角将随之发生变化. 临界角决定了当由开阔水域向板覆盖水域传播的表面波或界面波的存在性: (1)板覆盖水域入射界面上, 透射波能否存在; (2)入射界面之上界面中, 板覆盖水域中的透射波以及开阔水域中的反射波能否存在. 当下界面波入射时并且入射角足够大时, 开阔水域中的下界面波模态是整个流体域中唯一存在的模态.      

利用 Laplace 变换确定双层厚壁长圆筒的轴对称界面碰撞压力

利用Ｌａｐｌａｃｅ变换，考虑轴对称弹性波的影响，采用特征函数展开法求解双层厚壁长圆筒受爆炸载荷作用下的轴对称弹性碰撞冲击问题，着重研究前几次碰撞冲击引起的轴对称界面碰撞压力。并对轴对称界面碰撞压力与间隙量、爆炸载荷幅值、爆炸载荷衰减系数之间的关系以及相关的动力响应作了初步的分析。