数值模拟孤立波通过水下孤立方柱的粘性流动

本文用完整二维Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和ＶＯＦ方法，研究孤立波通过淹没水下孤立直立方柱水域时的波形变化和粘性流场运动。本文对孤立波通过水下 孤立直方柱的情形进行了实例计算。给出了波形随时间的演化图，可以看到反射波、前传波和跟随的振荡型小波列的生成及涡流场的运动演化，并与势流计算结果进行了比较。     

静水槽孤立波的实验研究

本文在静水槽中复现出单孤立波,将实验得到的孤立波的波形和波速与理论值比较,极为接近。同时,考察了孤立波的碰撞行为,它表明了孤立波的粒子性。还验证了孤立波的非线性性质。     

孤立波与多孔介质结构物的非线性相互作用

基于精确至Ｏ（εμ＾２,μ＾４）的多孔介质无压渗流模型方程和均匀流体质波动的Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程,本文对孤立波与多孔介质结构物的相互作用了较系统的数值实验。控制方程采用基于有限差分方程离散,在时域上采用了预估－校正方法进行了时间积分。在求解演化方程的过程中,引入“内迭代”过程实现流体域和多孔介质交界面的连接条件。结果表明孤立波在多孔介质上的反射与在不可渗透的界面上的反射类似,形成反向的孤立波但     

孤立波激发港口振荡的数值研究

采用Boussinesq数值波浪模型模拟了在孤立波作用下复杂形状港内水体的响应。孤立波在进入港口后会引起港内水体的振荡并被反射,港内波面扰动是一个随时间变化的瞬变波动过程。通过基于连续小波变换的时频分析结果并与现有的理论值进行比较发现,孤立波引起的振荡其主要能量主要集中在港池第一振荡模态上,这为估计复杂形状港口的自振频率提供了一个可行的方法。     

竖直椭圆管内降膜孤立波的实验研究

作者在用摄影法进行坚直椭圆管内降膜波动实验研究时证实,当Re<400时,降膜内确实存在孤立波;R_(?)>400时,存在随机波.降膜中的孤立波是由小扰动发展而成的.实验结果与理论预测的孤立波特性吻合较好.     

基于势流理论的内孤立波与立管作用数值研究

内孤立波是一种发生在水面以下的在世界各个海域广泛存在的大幅波浪, 其剧烈的波面起伏所携带的巨大能量对以海洋立管为代表的海洋结构物产生严重威胁, 分析其传播演化过程的流场特征及立管在内孤立波作用下的动力响应规律对于海洋立管的设计具有重要意义. 本文基于分层流体的非线性势流理论, 采用高效率的多域边界单元法, 建立了内孤立波流场分析计算的数值模型, 可以实时获得内孤立波的流场特征. 根据获得的流场信息, 采用莫里森方程计算内孤立波对海洋立管作用的载荷分布. 将内孤立波流场非线性势流计算模型与动力学有限元模型结合来求解内孤立波作用下海洋立管的动力响应特征, 讨论了内孤立波参数、顶张力大小以及内部流体密度对立管动力响应的影响. 发现随着内孤立波波幅的增大, 海洋立管的流向位移和应力明显增大. 由于上层流体速度明显大于下层, 且在所研究问题中拖曳力远大于惯性力, 因此管道顺流向的最大位移发生在上层区域. 顶张力通过改变几何刚度阵的值进而对立管的响应产生明显影响. 对于弱约束立管, 内部流体的密度对管道的流向位移影响较小.      

孤立波作用下细长港响应的数值研究

采用Boussinesq数值波浪模型,模拟了不同波高的孤立波分别对常水深和变水深细长港作用时港内的响应.对数值模型的结果进行小波分析和频谱分析并与现有的理论值比较.结果表明,孤立波传入一侧为开敞水域的细长港时,港内激发振荡的能量主要集中在细长港前三个自振模态上,港口的响应频率与理论固有频率非常接近,这为估算细长港池的固有频率提供了一种可行性方法.     

孤立波与淹没平板相互作用的三维波面和水动力实验研究

在波浪水池中进行了孤立波作用下有限长度和有限宽度淹没平板的三维模型水池实验. 首次应用多目视觉立体重构技术测量局部三维自由表面变形, 该系统的有效测量水平范围为1.7 m$\times $1.6 m. 用4个三分力测力传感器组成水下测力系统, 在不影响波面的情况下测量孤立波对平板的作用力和力矩. 针对波浪不破碎的情况, 选择0.4 m水深和0.16 m波高的来波条件, 平板淹没深度为0.1 m. 实验结果表明, 孤立波经过淹没平板时自由面有明显的三维变形, 导致孤立波波幅的时空变化. 波幅在平板尾缘中心线处达到最大值, 并沿展向逐渐减小. 利用多目视觉立体重构系统得到的波面变化过程与浪高仪给出定点波面时间序列相互印证, 表明建立标识码波面测量方法是有效的. 孤立波对淹没平板作用的水动力载荷变化分为6个典型阶段, 并与利用波面三维重构得到的波面测量标识码并讨论. 基于多目视觉立体重构技术得到了垂向力和俯仰力矩极值点出现时的三维波面形态. 建立的多目视觉立体重构系统将为海洋工程结构物的水池物理模型实验提供新的波面测量手段.      

多喷口高效能厚翼的研究

提出了以下高效能翼型的思想：用多喷口小速度切向吹气控制厚翼上的流动分离,使流动接近于理想流状况,以产生大升力,小阻力;因多喷口小速度吹气耗能小,故翼型的有效升阻比可以很大．基于雷诺平均N－S方程进行了数值模拟实验．主要结果表明：对于厚度为0.4的儒氏翼型,在升力系数高达3．5时,有效升阻比可达约50（单喷口吹气约为23）;对于厚度为0．4的"升力体"翼型,在升力系数达2．2时,有效升阻比可达40（喷口吹气约为10）．     

Experimental Study of the Dynamic Effect of an Internal Solitary Wave on a Submerged Circular Cylinder

The hydrodynamic loads due to the interaction of a small-amplitude internal solitary wave with a submerged circular cylinder in a two-layer system of miscible fluids were studied experimentally. The dependence of the internal-wave transmission coefficient on the position of the center of the cylinder relative to the pycnocline and on the ratio of the cylinder diameter to the fluid-layer thickness was obtained. The effects of the pycnocline thickness and the depth of the center of the cylinder on the value of the hydrodynamic loads were studied. Visualization of the flow structure was performed. __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 46, No. 6, pp. 36–44, November–December, 2005.     

Numerical simulation of a solitary wave interaction with submerged multi-bodies

The problems of a solitary wave passing over rectangular cylinders have been analysed. The numerical simulation is based on the full nonlinear two-dimensional Navier-Stokes equations which are solved by the finite difference method. The free surface is dealt with by the Volume of Fluid method (VOF). Results for a solitary wave passing over a single cylinder are compared with the experimental data of Seabra-Santos, Penouard and Temperville^[2] and better agreement is obtained than those obtained from the long wave equation based on the potential flow theory. Results are also given for two cylinders with different gaps. The project supported by the National Natural Science Foundation of China and the Development Foundation of Science and Technology of Shanghai Education Committee and the Royal Society.     

孤立波斜坡堤堤顶及后坡越浪流数值分析

孤立波往往被用来模拟海啸等浅水大波.运用基于RANS方程、VOF方法以及Goring造波方法建立了二维数值波浪水槽,进行了孤立波在简单斜坡堤上越浪过程的数值模拟.通过数值模拟,研究了不同相对堤顶宽及不同相对波高条件下对孤立波越堤流基本特征,包括堤顶前缘水层厚度及速度、堤顶末端水层厚度及速度、堤顶流厚度及速度沿程分布、后坡流厚度及速度沿程分布.依据数值实验结果,建立了堤顶流最大厚度分布及最大速度分布的经验公式.计算结果表明,堤顶流厚度沿程减小,而堤顶流速度则沿程增大;后坡流厚度先增大,随后再沿程缓慢减小;后坡流速度先减小,随后再沿程缓慢增大.     

海堤越浪的数值模拟

基于RANS方程和两方程湍流模型,采用有限体积法,将人射波波场作为人工的分布源项加人动量方程,提出了适用于VOF方法的源造波一消波技术。通过对行波及驻波的计算,分别考察了数值波浪水槽前端及末端消波段的有效性。在本文建立的数值波浪水槽内对规则波在海堤上爬高和越浪过程进行了数值模拟,并将计算结果与现有实验结果进行了比较。验证计算结果表明,数值模拟结果较好地复演了海堤越浪过程。为了研究模型尺度对越浪量的影响,文中设计了一组满足重力相似但具有不同几何比尺的数值实验模型。系列数值实验结果表明,若按重力相似换算越浪量,计算结果与实验预报值间的偏差随模型比尺的增大和堤前波浪破碎强度的增强而增大,建议在进行越浪物理模型实验时需进一步考虑模型比尺对原型预报值的影响。     

Problem of Breakdown of Solitary Waves and Discontinuities

The evolution of initial data of the solitary-wave type with time is investigated numerically. The solitary wave amplitude decreases due to the generation of short-wave radiation. This solution is interpreted as the solution with a discontinuity qualitatively analogous to the solution of the problem of the breakdown of an arbitrary discontinuity in dissipationless systems. The solitary wave amplitude reduction rate is estimated, first for a generalized Korteweg-de Vries equation and then for plasma waves. Features of the investigation are analyzed for cold and hot-electron plasmas.     

Wavelet Analysis of the Evolution of a Solitary Wave in a Composite Material

The evolution of a solitary wave propagating through a microstructural material (composite) is studied on the basis of wavelet analysis. A specific feature of the solution technique proposed is the use of Mexican hat (MH) wavelets, which are elastic wavelets, i.e., they are solutions of the basic system of wave equations for an elastic material with a microstructure. The initial wave profile is also chosen in the form of the MH-wavelet. Primary attention is given to the relationship among the profile behavior, wave bottom length, and characteristic microstructure length. A computer analysis conducted demonstrates that the approach proposed allows us to detect the basic wave effects: splitting of the wave into two modes with different phase velocities, simultaneous propagation of both modes in the components of the composite, and strong dependence of the evolution rate on the characteristic lengths of the wave and microstructure