一、近岸波浪折射-绕射-破波耗散联合模式的有限元数值研究(论文文献综述)
李文俊[1](2018)在《基于无积分节点间断有限元的二维水动力数学模型研究》文中认为河口海岸二维水动力和大范围风暴潮的数值模拟对港口设计建设、海洋水文研究、岸滩保护、沿海居民及建筑安全都具有十分重要的意义。目前众多传统二维水动力数值模型在稳定性、局部守恒性、间断捕捉、高精度、计算效率等其中一方面或者多方面还存在不足。间断有限元方法结合了有限元法和有限体积法的优点,具有稳定、高精度、利于自适应网格生成、易于并行算法实现、保证局部守恒的诸多优势。本文采用无积分节点间断有限元方法离散二维浅水方程,对控制方程中的源项进行完善,初步建立起了用于河口海岸水流运动模拟的二维水动力模型。本文的主要成果如下:(1)在浅水方程中加入了科氏力项、风应力项、底摩阻项和水平扩散项并利用无积分间断有限元离散建立二维水动力数值模型,选取合适的理想算例对各源项计算的合理性进行了验证。验证后的模型应用于海南省三亚市红塘湾海域的实际潮流模拟中,模拟结果与全潮水文观测数据吻合良好。模型具备了模拟河口海岸二维水动力的基本功能。(2)考虑波浪与潮流共同作用的情况,在模型中加入了辐射应力项、波面水滚项、波流共存时的底部切应力项和水平扩散项,分别选取无结构物和有结构物的沿岸流物模实验,设计相应算例进行了模拟。模拟结果与实验数据吻合良好,表明模型具备了较为合理的波流耦合模拟功能。(3)考虑模拟大范围潮流及风暴潮的情况,选取极射赤面投影的方法将经纬坐标的二维浅水方程投影至平面坐标系中,采用本文的数值方法求解这一控制方程,并将其应用于实际潮流的模拟中。模拟结果与实测数据及本文建立的直角坐标模型模拟结果吻合良好,表明本文初步建立的可用于大范围海域水动力模拟的数值模型是可行的。
李煊,李庆杰,周良明,王智峰[2](2017)在《基于SWAN模式和折绕射模式的近岸海浪数值模拟》文中研究指明基于SWAN模式和折绕射模式,本文对台湾海峡和平潭岛附近海域的海浪要素进行数值模拟。首先通过SWAN模式得到实时预报的高时空分辨率的波高、周期和波向等海浪要素数据,为折绕射模型提供波浪边界,进而对重点海区近岸波浪进行折绕射计算,最后对数值预报结果进行统计检验及预报分析。经过验证,预报结果与实测数据基本一致,预报效果较好。研究成果可为平潭海浪预警报业务提供技术支撑,也可为海浪灾害应急管理及沿海规划等提供参考依据。
孟祥宇,唐军,李巧生[3](2017)在《自适应网格下的近岸波浪缓坡方程数值模型》文中研究指明在近岸变水深缓坡海域,充分考虑到波浪传播过程中的折射、绕射、反射以及波浪破碎等效应,采用引入破碎项的椭圆型缓坡方程,基于自适应四叉树网格建立了近岸波浪缓坡方程的数值模型,数值模型采用有限体积法求解。该网格可根据计算节点处波长与网格尺寸间的关系自动判定是否进行网格加密划分,使之适应椭圆型缓坡方程每个波长范围内至少布置8个计算节点的特征,提高计算精度的同时又能提高计算效率。采用已有的物理模型试验和实测资料对数值模型进行了验证。结果表明,该模型可以有效地模拟近岸变水深缓坡海域波浪传播。
孟祥宇[4](2016)在《近岸复杂岸界水域波浪、波生流及泥沙输运数值模拟》文中认为泥沙的运动是近海海域波、流作用下最为活跃的现象之一。随着人类在近海工程、资源开发和海上交通等领域的不断发展,对近岸水动力及其作用下的泥沙运动的研究变的尤为重要。泥沙运动是岸线演变、航道淤积和建筑物根部冲淤的根本原因,是港口码头设计、航道布置、防波堤布置等近海工程问题的重要参考因素。所以,研究近岸波浪、波生流以及近岸泥沙输运对于近岸实际工程建设有着重要的参考价值,对预测岸线演变有着十分重要的意义。本文在自适应四叉树网格下建立了近岸波浪传播数值模型、波生流数值模型和近岸泥沙输运数值模型。相对于均一化网格,四叉树网格可以更好的模拟复杂的计算域和边界,尤其是对复杂的流体动力学领域;相对于一般的非结构化网格,四叉树网格在离散模型过程中不需要引入形函数,避免产生复杂的交叉项。本文采用的自适应四叉树网格还能够根据计算点处波长或水深与网格尺寸的关系自动对网格加密,相对现有模型可以节约大量的存储空间和计算时间。在该四叉树网格下,采用有限体积法对控制方程进行数值离散。采用引入波浪破碎项的椭圆型缓坡方程数值模型对Hazaki海岸的波浪传播进行数值模拟,验证模型的正确性。采用平面二维浅水方程建立的近岸波生流数值模型对近岸波生流场进行数值模拟,并且采用Hamilton和Ebersole物理模型实验、A.J.H.M.Reniers*和J.A.Battjes物理模型实验对所建模型进行验证分析,讨论了该模型对于近岸复杂地形海域的适应性。在近岸波浪及近岸波生流的基础上,采用二维悬沙扩散方程和底沙输运方程建立泥沙输运数值模型,对LSTF物理模型实验和Miller现场测量实验进行模拟验证分析,以证明不同地形及入射条件下模型的正确性和适用性。结果表明,本文所建立的波浪传播数值模型、近岸波生流数值模型以及泥沙输运数值模型能够较好的应用于近岸复杂岸界水域。
李巧生[5](2013)在《基于四叉树网格的近岸波浪及波生流数值模型》文中进行了进一步梳理海岸地区人口密集,经济、文化、社会高度发达,多种水动力因素在这里相互作用。近岸海域波流场的分布不仅影响着海岸带的开发、利用和近海工程的建设,而且也是构成近岸复杂水环境的重要因素。为研究近岸波流场的分布规律,本文建立了基于四叉树网格的近岸波浪及波生流数值模型。首先,在四叉树网格下建立了近岸波浪椭圆型缓坡方程数值模型。运用有限体积法在控制体上离散模型,采用GPBiCG (m, n)迭代格式求解离散后的矩阵方程。采用近岸波浪传播的实验室试验算例对模型进行了验证,并进一步将该模型应用实际海域Acapulco Bay的波浪场数值模拟中。数值结果表明,本模型是一种高效、可靠且能够应用于实际海域的近岸波浪数值模型。其次,在同一套四叉树网格下建立了平面二维近岸波生流数值模型。模型中,由椭圆型缓坡方程中的波浪势函数等参量直接计算波对流的辐射应力,使得模型可以综合考虑波浪折射、绕射、反射等影响。模型采用有限体积法离散求解。将模型应用到人工岛周围的波生流模型实验和San Francisco海湾的Ocean Beach近岸波生流数值模拟中。数值结果表明,本模型是一种高效、可靠的波生流数值模型。本文建立的基于四叉树网格的近岸波浪及波生流数值模型可以根据波浪波长的变化动态地调整网格布局,生成多层次自适应四叉树网格,对复杂计算域有较好的适应性,计算效率高,且在方程的离散和求解过程中无需引入形函数、不产生复杂的交叉项。计算结果表明,本文所建立的数值模型能够准确、高效的模拟近岸波浪和近岸流,可为近岸工程中波流场的预测提供一定的理论技术支持。
姚令燕[6](2011)在《董家口港区水动力环境数值模拟研究》文中研究表明董家口港区处于山东半岛港口群中心——青岛市海岸线最南端。港区三面环海,近岸水深平均为-15米,距岸1000米水深处可达-20米,常年不冻不淤,经济腹地总面积达83万平方公里。2009年3月1日确立了董家口港区“一枢纽两中心”(国家枢纽港、国家重要的能源储运中心和大宗干散货集散中心)的功能定位。港区规划总面积约70平方公里,码头总岸线的长度约35.7公里,泊位数112个,设计总吞吐能力达3.7亿吨,其中规划了2个超大型油品泊位和3个超大型矿石泊位,将填补我国超大型船舶接泊能力的空白,推进港区向全球运输效率最高和运输成本最低的目标迈进。董家口港区是临港工业发展的重要依托。随着港口设施的逐步完善和腹地运输需求的日益增长,董家口港区将逐步拓展服务范围,全面发展港口综合物流、专项物流、商贸、信息、综合服务等服务功能,发展成为青岛港南翼新的大型综合性港区和大宗干散货运输基地。近年来,随着董家口临港工业加工区发展步伐的加快,青岛港集团、山东鲁能集团、青岛贡口湾船业等项目已陆续在董家口港区开工建设,中石化LNG接收站项目也已明确落户在董家口港区,港区发展走上了快车道。对于海岸河口地区,波浪和潮流是最基本的水动力因素,对海岸带的开发、利用和管理起着重要的作用。本文对董家口港区潮流场和波浪场进行了数值模拟研究,得到港区的流场和波浪的传播变形规律,为港区的建设和发展提供科学依据。具体的成果和结论如下:对青岛、日照及深海边界交点三处进行潮位预测,模型计算的三点流速、流向与实测流速、流向的验证效果吻合较好,说明模型计算区域的动力因素和实际比较接近,大、小两层嵌套潮流模型较好地反映了工程区附近的潮流变化规律。数值模拟的结果显示,潮波自口门传入后,由于不断受地形及边界的反射作用,逐渐由前进潮波转为驻波性质,其潮差由口门向湾内逐渐增大。工程后受地形及边界的影响,湾内涨、落潮流基本与岸线平行,呈现明显的往复流性质,流向垂直方向上的变化较小。航道两侧折射,改善了港区的泊稳条件,也改变了工程区附近的局部波浪,但总体上并未改变整个区域的波浪分布规律,不会对当地海岸的动力条件造成大的影响,波浪对陆域堆场不会造成影响,局部泊位在50年一遇风浪条件下不宜停靠船舶。
郭为军[7](2011)在《三维溢油数值模式研究及其在近海的应用》文中研究表明溢油事故会对海洋环境造成严重破坏,为了全面了解评估溢油过程,人们对模拟溢油轨迹和归宿的溢油模型开发已经做了大量工作。本文简要介绍了海上石油污染的现状及其危害,并对近海水动力学和海上石油的行为与归宿数值模型的基本理论与发展现状做了详细的综述。在此理论基础上,建立了三维海面溢油迁移转化预报模型。近海溢油行为受风、波浪和潮流等环境动力因素影响,因此首先要精确模拟出这些动力因素。为了精确描述近岸复杂流场,本文使用三维水动力模型POM和第三代近海波浪模式SWAN模拟了近海波流耦合作用下的三维水流。首先引入Mellor以线性波理论推导的垂向三维辐射应力公式,讨论了辐射应力在不同水深情况下的垂向变化规律,结果表明辐射应力主要集中在自由面附近。将三维辐射应力加入到三维水动力模型中去,研究了近岸波浪破碎引起的增水和底层离岸流现象。计算结果和实验资料相吻合的结果表明,考虑三维垂向三维辐射应力的水流模型能够对近海水动力现象进行准确的模拟。溢油在海上经历着漂移、扩散、扩展、垂向离散、蒸发、乳化、溶解等及其相互作用的复杂过程,这些过程可以简略地概括为输运和风化过程。最近的海洋观测显示海上物体漂移轨迹具有用普通布朗运动无法描述的分形结构,油膜在海水表层运动也有加速扩散的趋势。因此,在模拟扩散过程时,利用分数布朗运动模型来描述油膜的超扩散现象。数值实验表明,当Hurst指数取0.75时,可以取得较好模拟结果。在证实了粒子跟踪模型和浓度模型的等价性后,本文提出了粒子跟踪-浓度混合模型来模拟溢油过程。油以油粒子的形式从源强处排放,当油膜厚度或者油滴浓度低于临界值时,油粒子转为所处网格上的浓度。油粒子消失后,以欧拉-拉格朗日模型来计算浓度。为了获得三维溢油模式,利用Langeven方程描述油粒子在垂向的运动。结果表明,浮力和垂向湍流强度是油滴垂向运动的重要因素。将输运模型和风化模型相结合来预测溢油表层运动,油滴的垂向分布,水体中油浓度以及油组分之间的平衡。用此模型模拟大连附近海域“阿提哥”号油轮溢油事故,数值模拟结果和卫星观测数据吻合良好。
谷凡[8](2009)在《海底输油软管力学响应研究》文中研究表明海底管线是海洋石油开发的重要组成部分,传统上采用钢管外覆混凝土作为海底管线,腐蚀、悬跨管线静力破坏和疲劳破坏是其失效的主要原因。海底输油软管是由不同功能层组成的复合管线,具有优良的耐腐蚀性、挠性、抗疲劳性以及安装简便、可重复利用等优点,在国外正逐步取代传统钢质海底管线。鉴于国外海底输油软管使用现状和我国渤海、南海进口软管的成功使用案例,石油部门希望国内能自主研制生产相关产品以节省进口软管高额开支。我国橡胶行业参考了钢塑输水复合管线专利,研制开发出适用于石油领域的多层螺旋缠绕钢丝增强橡胶输油软管。这种海底输油软管既不同于国外同名软管产品,也不同于国内输水复合管线,是一种全新的复合管线并且尚未使用,国内外相关研究几乎空白。本课题来源于国家自然科学基金重点项目(50439010)—海底管线的损伤机理和健康诊断研究,受中国胜利油田研究设计院委托,以河北欧亚特种胶管有限公司出品的软管为原型试件,对海底输油软管力学响应进行相关理论与试验研究。(1)海底管线悬空机理及悬跨长度研究调查资料表明海底管线悬空现象较为普遍,这对海底管线安全运行带来很大隐患。在参阅国内外文献基础上,本文指出导致海底管线悬空的四种机理并进行全面分析。以埕岛海域为例,结合我国海底管线实际在位调查数据,本文对比分析了国内外学者提出的各海底管线悬跨长度、悬跨深度经验公式的适用性。(2)实际海况中悬跨海底管线外载研究实际海况中悬跨海底管线主要受到波流水动力作用。在参阅国内外文献基础上,本文总结了波流水动力对悬跨海底管线的荷载作用形式,指出埕岛海域悬跨海底管线外载体系可简化为潮流对海底管线在水平方向上的恒载和竖直方向上的动载、波浪对海底管线在水平方向上的动载。此外,本文以埕岛海域为例,对比线性Airy波理论、五阶Stokes波理论、椭圆余弦波理论所计算的波浪水质点速度、加速度,指出在计算埕岛海域海底管线波浪力时可采用线性Airy波理论。(3)海底输油软管增强层本构关系研究。增强层本构关系研究是海底输油软管力学分析的基础。结合软管增强层结构特点,本文对比分析了适用于连续纤维增强层的国内外8种经典预测模型,建议采用我国工程经验公式对材料正轴坐标系下钢丝缠绕增强层单层板面内工程弹性常数进行预测。基于复合材料细观理论,将我国工程经验公式扩展到三维情况:并运用张量理论得到结构柱坐标系下的钢丝缠绕增强层单层板本构方程。(4)内压作用下海底输油软管力学响应研究海底输油软管的功能荷载之一为内部介质压力。以往对内压作用下钢丝缠绕复合管线的力学研究通常采用薄壳理论,海底输油软管高内压要求使其在构造上为具有多层增强层的厚壁结构,因此不适合采用薄壳理论。本文将软管作为由多层各向异性增强层和多层各向同性橡胶层组成的层合结构,基于三维各向异性弹性理论提出内压作用下软管力学响应的解析解答。采用本文解析法对内压作用下软管的位移场、应变场和应力场进行计算,并对内压作用下软管原型试件进行静载试验研究,本文解析法计算结果与静载试验数据在变化趋势上一致,在数值上较为接近。(5)内压、横向荷载联合作用下海底输油软管力学响应研究实际海况中的悬跨海底输油软管既要承受内部介质压力,还要承受波流水动力横向荷载作用,并且软管挠性特性使其在实际海况中多处于大变形状态。本文采用梁挠曲线初参数方程确定软管在横向荷载作用下的轴向平均应变,并结合无限长小变形软管的三维正交各向异性弹性理论求解过程,提出内压、横向荷载联合作用下软管大变形力学响应的近似解析解答。采用本文解析法对内压、横向荷载联合作用下的软管力学响应进行计算并作以相关分析。海底输油软管的特殊材料和特殊结构使其等效轴向弹性模量不易确定,通过软管原型试件相关静载试验研究,对软管等效轴向弹性模量进行定性分析。(6)海底输油软管疲劳损伤初探研究实际海况中的悬跨海底输油软管将受到波流水动力动载作用,从而导致软管在服役期间会出现疲劳失效。结合横向周期荷载作用下的软管原型试件疲劳试验,基于复合材料细观损伤理论对软管进行微观损伤机理分析。海底输油软管具有特殊的应用领域,结合软管原型试件疲劳试验,提出软管端部鼓包、软管端部渗漏、软管自身渗漏三种失效准则。基于Rosen剪切滞后模型、结合Cox连续纤维荷载传递公式,对软管端部鼓包失效形式进行相关理论分析:基于线弹性断裂理论对软管端部渗漏失效形式进行相关理论分析;基于唯象损伤理论对软管自身渗漏失效形式进行相关理论分析。(7)大变形海底输油软管动力响应初探研究实际海况中的悬跨海底输油软管常受到波流水动力的动载作用,并且软管挠性特性使其处于大变形状态。本文将悬跨软管作为各向同性Bernoulli-Euler弹性曲梁,基于连续介质力学有限变形理论,并考虑软管内部流体运动情况,提出动载作用下悬跨软管大变形动力响应的泛定方程组并对其进行相关分析。
魏美芳[9](2009)在《非结构网格下椭圆型缓坡方程及近岸波生流数值模拟》文中进行了进一步梳理近岸海区与人类生活和经济发展有着很密切的联系,近岸波、流场影响水工建筑物的规划和设计,并且是构成近岸泥沙运动和污染物运动的重要原因。本文基于有限体积法建立了非结构化网格下的椭圆型缓坡方程数值模型和近岸波生流数值模型。首先,基于非结构化网格建立了考虑波浪破碎的椭圆型缓坡方程数值模型,采用有限体积法离散模型的控制方程,并采用GPBiCG(m,n)迭代法求解离散后的方程组。给出了基于非结构化网格的边界条件处理方法,使边界处单元的离散与内部单元一致,边界条件的处理更加简便和统一。分别将波浪线性色散关系和非线性色散关系应用于圆形浅滩地形和椭圆形浅滩地形上的波浪变形计算,将数值解与实验测量结果进行了比较,分析了色散关系的非线性对计算结果的影响,验证了所建立的椭圆型缓坡方程数值模型的精度和适用性。并将该模型应用于具有不规则边界的Memos物理模型实验和潘军宁的物理模型实验,通过非线性色散关系计算的数值结果和实验测量结果的比较,验证了本模型的可靠性和对复杂边界的适应性。基于非结构化网格,将波浪辐射应力加入到二维浅水方程的源项中建立了近岸波生流数值模型,时间离散采用欧拉向前格式,空间离散则采用有限体积法的显示格式。从波浪辐射应力的定义出发,结合椭圆型缓坡方程中的波浪势等变量直接计算波浪对流的辐射应力,避免了计算波向角的困难。应用所建立的数值模型模拟了近岸区人工岛周围的波生流场,并运用已有资料对模型进行了验证。同时对规则波作用下不同坡度、不同波高、不同周期、不同糙率工况下的波生沿岸流进行了数值模拟,并结合实验结果验证了所建立的近岸波生流数值模型的可靠性和对复杂边界的适用性。
张嶔[10](2009)在《波浪作用下堤前冲淤形态的数值模拟研究》文中指出防波堤及护岸等海岸建筑物周围海床的冲刷涉及建筑物本身的安全,是设计和建设中必须重点考虑的问题之一。本文针对直立防波堤和斜坡防波堤,重点研究了波浪作用下的堤前冲淤及相关的问题。本文回顾了底床冲淤变形的发展状况,建立了数值模型用以模拟流体与多孔介质的相互作用。多孔介质以外的流体运动以雷诺平均纳维斯托克斯描述,相应紊流场采用改进的k-ε方程描述;多孔介质内部的流体运动采用空间平均纳维斯托克斯方程描述,多孔介质内固体颗粒对水流产生的拖曳力由线性和非线性经验公式表达。模型采用通用的VOF法处理自由表面,以人工孔隙率法处理底床与水流的交界面,可模拟极端条件下任意地形的冲淤演变。本文通过试验,研究了规则波作用下的堤前冲淤,改进了泥沙输沙量的测量方法,试验的结果与其他学者的结果吻合良好。本文建立了一个模拟防波堤前波浪作用下的数值波浪水槽,通过对直立堤和斜坡堤在规则波作用下堤前流场的数值模拟,结合物理模型试验,验证了数值模型的正确性。通过讨论泥沙起动流速和推移质输沙率公式的选取,建立了一个波浪作用下推移质输沙数学模型。使用本模型模拟了驻波作用下推移质输沙的底床变形,并与试验数据进行对比,验证了模型所用描述起动流速的经验公式和推移质输沙率公式的正确性。本模型不仅反映流场对底床的冲淤作用,且能实时体现底床变形对流场的改变,实现二者的基本耦合。本文总结了底床泥沙为相对粗纱时堤前泥沙的运动的机理、过程和最终的冲淤形态。
二、近岸波浪折射-绕射-破波耗散联合模式的有限元数值研究(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、近岸波浪折射-绕射-破波耗散联合模式的有限元数值研究(论文提纲范文)
(1)基于无积分节点间断有限元的二维水动力数学模型研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 研究目的与意义 |
1.2 国内外研究进展 |
1.2.1 浅水方程及其数值模型的研究进展 |
1.2.2 间断有限元方法发展 |
1.2.3 间断有限元求解二维浅水方程的研究进展 |
1.3 本文主要工作 |
第2章 二维浅水模型及其数值求解 |
2.1 二维浅水方程 |
2.1.1 科氏力项 |
2.1.2 底摩阻项 |
2.1.3 风应力项 |
2.1.4 水平扩散项 |
2.2 节点间断有限元数值离散 |
2.3 法向数值通量计算 |
2.4 无积分格式 |
2.5 干湿处理及和谐特性 |
2.5.1 干湿处理 |
2.5.2 和谐性 |
2.6 本章小结 |
第3章 模型验证及应用 |
3.1 科氏力项验证 |
3.2 风应力项验证 |
3.3 水平扩散项验证 |
3.4 干湿计算验证 |
3.5 和谐特性验证 |
3.6 模型在三亚红塘湾潮流场模拟中的应用 |
3.6.1 算例背景 |
3.6.2 参数设置 |
3.6.3 模拟结果与实测资料的比较 |
3.7 本章小结 |
第4章 近岸波浪作用下二维流场 |
4.1 控制方程介绍 |
4.1.1 波浪模型 |
4.1.2 水流模型 |
4.2 Hamilton沿岸流算例 |
4.3 T型防波堤波生流算例 |
4.4 本章小节 |
第5章 球坐标二维浅水模型建立 |
5.1 球坐标模型介绍及比选 |
5.2 极射赤面投影球坐标系控制方程 |
5.3 模型应用 |
5.3.1 大小网格嵌套 |
5.3.2 参数设置 |
5.3.3 大模型计算结果 |
5.3.4 小模型计算结果 |
5.4 本章小节 |
第6章 总结与展望 |
6.1 本文工作总结 |
6.2 研究工作展望 |
参考文献 |
发表论文和参加科研情况说明 |
致谢 |
(2)基于SWAN模式和折绕射模式的近岸海浪数值模拟(论文提纲范文)
引言 |
1 模型介绍 |
1.1 SWAN模型 |
1.2 折绕射模型 |
2 模型设置 |
2.1 SWAN模式设置 |
2.2 折绕射模型设置 |
3 结果验证 |
3.1 Swan模型台风过程验证 |
3.2 折绕射模型及Swan模型大风过程验证 |
4 结论 |
(3)自适应网格下的近岸波浪缓坡方程数值模型(论文提纲范文)
1 数值模型 |
1.1 近岸波浪椭圆型缓坡方程 |
1.2 椭圆型缓坡方程的数值离散 |
2 模型的验证 |
2.1 LSTF模型试验波浪的数值模拟 |
2.2 美国Duck海滩波浪传播的模拟 |
3 结论 |
(4)近岸复杂岸界水域波浪、波生流及泥沙输运数值模拟(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 国内外研究概况及发展趋势 |
1.2.1 近岸波浪椭圆型缓坡方程的研究进展 |
1.2.2 近岸流波生流数值模型的研究进展 |
1.2.3 近岸泥沙输运数值模型的研究进展 |
1.3 本文的工作 |
2 四叉树网格下近岸波浪传播数值模型 |
2.1 近岸波浪传播数值模型 |
2.1.1 椭圆型缓坡方程 |
2.1.2 四叉树网格 |
2.1.3 方程的离散 |
2.1.4 边界条件 |
2.1.5 方程组的迭代及稳定性条件 |
2.2 近岸波浪传播数值模型的验证 |
2.3 小结 |
3 四叉树网格下近岸波生流数值模型 |
3.1 近岸波生流数值模型 |
3.1.1 平面二维浅水方程 |
3.1.2 方程的离散 |
3.1.3 边界条件 |
3.1.4 计算的稳定性条件及求解过程 |
3.2 近岸波生流数值模型的验证 |
3.2.1 Hamilton和Ebersole物理模型实验的模拟验证 |
3.2.2 Reniers和Battjes物理模型实验的模拟验证 |
3.3 小结 |
4 四叉树网格下近岸泥沙输运数值模型 |
4.1 近岸泥沙输运数值模型 |
4.1.1 二维悬沙扩散方程 |
4.1.2 推移质泥沙输运数值模型 |
4.2 近岸泥沙数值模型的离散 |
4.2.1 悬沙输运数值模型的离散 |
4.2.2 推移质输运数值模型的离散 |
4.2.3 边界条件 |
4.3 近岸波流场中泥沙输运数值模型的验证 |
4.3.1 LSTF模型实验的模拟验证 |
4.3.2 Miller实地测量实验的模拟验证 |
4.4 小结 |
5 结论与展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(5)基于四叉树网格的近岸波浪及波生流数值模型(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究的目的和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 椭圆型缓坡方程研究进展 |
1.2.2 近岸波生流数值模型研究进展 |
1.2.3 四叉树的发展及现状 |
1.3 本文的工作 |
2 基于四叉树网格的近岸波浪椭圆型缓坡方程数值模型 |
2.1 控制方程及其边界条件 |
2.1.1 原始椭圆型缓坡方程 |
2.1.2 考虑了波浪破碎的椭圆型缓坡方程 |
2.1.3 边界条件 |
2.2 线性四叉树 |
2.2.1 数据结构 |
2.2.2 邻居查询、遍历 |
2.2.3 自适应四叉树网格的生成 |
2.3 四叉树网格下边界条件的转换 |
2.3.1 边界变量梯度的计算 |
2.3.2 不规则边界的拟合 |
2.4 方程离散 |
2.4.1 同级别四叉树网格下的方程离散 |
2.4.2 不同级别单元间通量计算 |
2.5 方程组的迭代格式和收敛准则 |
2.5.1 GPBiCG(m,n)迭代法 |
2.5.2 方程迭代的收敛准则 |
2.6 本文的计算流程 |
2.7 计算网格界面通量的两个常用公式 |
2.7.1 界面通量的计算 |
2.7.2 网格中心点偏导数的计算 |
2.8 本章小结 |
3 近岸波浪椭圆型缓坡方程数值模型的验证 |
3.1 圆形浅滩上波浪传播变形模拟 |
3.2 椭圆形浅滩上波浪传播变形模拟 |
3.3 港池内波浪传播模拟 |
3.4 Acapulco Bay波浪场模拟 |
3.5 本章小结 |
4 四叉树网格下近岸波生流数值模型 |
4.1 二维近岸波生流基本方程 |
4.2 近岸波生流数值模型中作用力的计算 |
4.2.1 辐射应力 |
4.2.2 底部切应力 |
4.2.3 侧向湍流应力 |
4.3 定解条件 |
4.3.1 初始条件 |
4.3.2 入射边界条件 |
4.3.3 岸边界条件 |
4.3.4 开边界条件 |
4.4 方程离散 |
4.4.1 模型中各作用力的离散 |
4.4.2 控制方程的离散 |
4.5 离散方程的求解 |
4.5.1 计算流程图 |
4.5.2 计算的稳定性条件 |
4.5.3 求解的过程 |
4.6 小结 |
5 近岸波生流数值模型的验证 |
5.1 人工岛周边波生流数值模拟 |
5.2 Ocean Beach海岸波生流数值模拟 |
5.3 小结 |
6 结论 |
6.1 主要结论 |
6.2 建议和展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(6)董家口港区水动力环境数值模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景及意义 |
1.2 数值模拟的研究现状 |
1.2.1 潮流场数值模拟的研究进展 |
1.2.2 波浪数值模拟的研究进展 |
1.3 本文的研究内容与方法 |
2 港区的概况 |
2.1 地理位置 |
2.2 港区总体规划 |
2.3 地形地貌 |
2.4 水文气象 |
2.4.1 气候条件 |
2.4.2 风况 |
2.4.3 大气降水 |
2.4.4 雾况及湿度 |
2.5 海洋水文分析 |
2.5.1 工程海域潮汐概况 |
2.5.2 平均海面与各基面关系 |
2.5.3 潮汐类型和特征值 |
2.5.4 波浪 |
2.5.5 区域风暴潮增、减水概况 |
2.5.6 工程水域的设计高低水位 |
2.5.7 多年一遇极端高、低水位 |
3 董家口港区工程水动力环境的数值研究 |
3.1 采用模型 |
3.2 模型的控制方程和参数的选取 |
3.2.1 基本方程 |
3.2.2 基本参数的选取 |
3.2.3 边界条件 |
3.2.4 网格划分及地形资料 |
3.3 水动力模型的率定和验证 |
3.3.1 实测资料 |
3.3.2 模型潮流验证 |
3.3.3 模型率定 |
3.4 潮流数值模拟的结果与分析 |
3.4.1 计算工况组合 |
3.4.2 港区工程对海岸潮流场的影响 |
4 董家口港区工程附近海域波浪的传播变形数值模拟研究 |
4.1 外海波浪要素的确定 |
4.2 波浪模型的控制和参数的选取 |
4.2.1 基本方程 |
4.2.2 数值算法 |
4.2.3 基本参数的选取 |
4.2.4 边界条件的选取 |
4.3 模型的计算工况 |
4.4 波浪数值计算结果与分析 |
4.4.1 模型的计算结果 |
4.4.2 结果分析 |
4.4.3 波浪对防波堤越浪量和船舶停靠的影响分析 |
5 结论和建议 |
5.1 结论 |
5.2 建议 |
参考文献 |
致谢 |
个人简历 |
攻读学位期间参与项目 |
(7)三维溢油数值模式研究及其在近海的应用(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究目的和意义 |
1.2 国内外目前研究现状 |
1.2.1 近海水动力数值模拟研究进展 |
1.2.2 溢油模型研究进展 |
1.3 本文主要研究工作 |
2 波流耦合下的三维流场模型 |
2.1 POM三维流场模型 |
2.1.1 控制方程 |
2.1.2 边界条件 |
2.1.3 数值离散方法 |
2.2 波浪模型SWAN |
2.2.1 波作用量守恒方程 |
2.2.2 源项处理 |
2.2.3 数值计算方法 |
3 波流耦合的水流模型 |
3.1 辐射应力的垂向分布 |
3.2 耦合三维辐射应力的水流方程 |
3.3 波浪影响下表面风应力的计算 |
3.4 波浪影响下底部剪切力的计算 |
3.5 波流耦合模型的验证 |
3.6 本章小结 |
4 三维溢油数值模型 |
4.1 海面溢油的行为及归宿 |
4.1.1 传输过程 |
4.1.2 风化过程 |
4.2 分数布朗运动理论在油膜扩散中的应用 |
4.2.1 布朗运动和传统的粒子跟踪法 |
4.2.2 分数布朗运动 |
4.2.3 分数布朗运动在溢油扩散中的应用 |
4.3 三维Eulerian-Lagrangian输运模型 |
4.3.1 粒子跟踪模型和浓度模型的等价性 |
4.3.2 粒子跟踪-浓度混合模型 |
4.3.3 粒子跟踪-浓度混合模型的验证 |
4.3.4 垂向分散模型的验证 |
4.4 本章小结 |
5 近海水动力模型及溢油输运模型在大连海域的应用 |
5.1 水动力模型的应用及验证 |
5.1.1 研究区域基本概况 |
5.1.2 模型参数 |
5.1.3 计算结果验证 |
5.1.4 水动力模拟计算结果 |
5.1.5 波流耦合前后流场变化 |
5.2 溢油模型的应用及验证 |
5.2.1 溢油事故概况 |
5.2.2 溢油模型框架 |
5.2.3 溢油轨迹的模拟 |
5.2.4 溢油归宿的预测 |
5.3 本章小结 |
6 结论和展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
创新点摘要 |
攻读博士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
作者简介 |
(8)海底输油软管力学响应研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.1.1 前言 |
1.1.2 硬质海底管线失效原因 |
1.1.3 海底输油软管的优越性和经济性 |
1.1.4 国内外软管的生产使用情况 |
1.1.5 课题研究背景 |
1.2 复合管线研究现状 |
1.2.1 管线发展概述 |
1.2.2 复合管线发展动态 |
1.2.3 复合管线种类、结构和特点 |
1.2.4 金属骨架增强复合管 |
1.2.5 复合管的力学行为研究现状 |
1.3 论文主要研究内容 |
2 海底管线悬空机理及悬跨长度分析—以埕岛油田为例 |
2.1 埕岛油田海床大面积冲刷、海床局部冲刷及其对海底管线悬空的影响 |
2.1.1 埕岛海域概述及海底地貌 |
2.1.2 埕岛海域海洋水动力及冲刷机理 |
2.1.3 埕岛海域水深变化规律及其对海底管线悬空的影响 |
2.2 埕岛油田土体软化、液化及其对管线悬空的影响 |
2.2.1 动荷载作用下的土体强度特性 |
2.2.2 埕岛海域海洋水动力对海床土体强度的影响 |
2.2.3 土体强度变化对海底管线裸露或悬空的影响 |
2.3 海底管线局部冲刷机理及其对管线悬空的影响 |
2.3.1 海底管线局部冲刷起动机理 |
2.3.2 海底管线的二维局部冲刷 |
2.3.3 流-管-土耦合作用对管线局部冲刷平衡深度的影响 |
2.3.4 海底管线三维冲刷及自埋 |
2.3.5 海底管线平衡冲刷深度预估—以埕岛油田为例 |
2.4 桩柱局部冲刷机理及其对管线悬空的影响 |
2.4.1 潮流作用下桩柱局部冲刷机理及局部冲刷平衡深度预估 |
2.4.2 波浪作用下桩柱局部冲刷机理及局部冲刷平衡深度预估 |
2.4.3 波、流共同作用下的桩柱局部冲刷平衡深度预估 |
2.4.4 平台桩基局部冲刷平衡深度预估—以埕岛油田为例 |
2.5 埕岛油田海底管线实际在位情况 |
2.6 小结 |
3 实际海况中的海底输油软管外部荷载 |
3.1 概述 |
3.2 埕岛海域波浪理论 |
3.2.1 波浪理论适用范围 |
3.2.2 埕岛海域波浪参数 |
3.3 埕岛海域海底管线外部荷载 |
3.3.1 海底管线外载计算公式 |
3.3.2 旋涡泄放与涡激振动 |
3.3.3 水动力荷载系数的选取 |
3.3.4 海底管线外载线性化 |
3.3.5 埕岛海域海底管线外载计算 |
3.4 小结 |
4 海底输油软管增强层单层板本构方程 |
4.1 海底输油软管结构 |
4.2 基于复合材料细观理论的增强层单层板工程弹性常数预测 |
4.2.1 组分工程弹性参数 |
4.2.2 基本假设与模型简化 |
4.2.3 单层板二维工程弹性常数 |
4.3 单层板三维工程弹性常数 |
4.4 结构柱坐标系下的单层板本构方程 |
4.5 小结 |
5 内压作用下海底输油软管的力学响应 |
5.1 内压作用下海底输油软管的力学响应 |
5.1.1 软管本构方程 |
5.1.2 部分刚体位移的消除 |
5.1.3 位移分量分析 |
5.1.4 泛定方程组的求解 |
5.1.5 泛定方程组求解的小结 |
5.1.6 算例 |
5.2 内压作用下海底输油软管力学响应的试验研究 |
5.2.1 试验试件 |
5.2.2 试验概述 |
5.2.3 试验结果及分析 |
5.3 小结 |
6 内压、横向荷载联合作用下海底输油软管的力学响应 |
6.1 内压、横向荷载联合作用下海底输油软管的力学响应 |
6.1.1 软管增强层本构方程的正交各向异性化 |
6.1.2 软管泛定方程组的确定 |
6.1.3 软管增强层泛定方程组的不定解 |
6.1.4 软管橡胶层泛定方程组的不定解 |
6.1.5 软管泛定方程组的确定解 |
6.1.6 泛定方程组求解的小结 |
6.2 横向荷载作用下海底输油软管试验研究 |
6.2.1 软管中性面平均轴向应变计算模型 |
6.2.2 软管等效轴向弹性模量计算模型 |
6.2.3 试验概述 |
6.2.4 试验数据处理方法 |
6.2.5 试验结果及分析 |
6.3 算例 |
6.3.1 算例概述 |
6.3.2 线性方程组的病态分析 |
6.3.3 内压作用下的软管力学响应 |
6.3.4 内压与横向荷载联合作用下的软管力学响应 |
6.4 小结 |
7 海底输油软管的疲劳特性 |
7.1 试验概述 |
7.1.1 试验试件 |
7.1.2 试验装置及方法 |
7.2 试验结果及分析 |
7.2.1 疲劳试验理论循环周次的确定 |
7.2.2 试验数据处理方法 |
7.2.3 试验结果 |
7.2.4 疲劳试验相关定性分析 |
7.3 海底输油软管疲劳损伤初探研究 |
7.3.1 软管失效形式 |
7.3.2 软管端部鼓包失效初探分析 |
7.3.3 软管端部渗水失效初探分析 |
7.3.4 软管自身渗水失效初探分析 |
7.4 小结 |
8 海底输油软管大变形动力响应的初探理论分析 |
8.1 软管内部流体分析 |
8.1.1 坐标系的建立 |
8.1.2 软管大变形几何方程 |
8.1.3 软管大变形物理方程 |
8.1.4 弯曲管元位移分析 |
8.1.5 弯曲管元内部流体运动分析 |
8.1.6 直线管元内部流体动力分析 |
8.2 软管动力分析 |
8.2.1 弯曲管元动力平衡方程 |
8.2.2 弯曲管元动力平衡方程组的化简 |
8.2.3 软管大变形动力响应泛定方程组 |
8.2.4 软管大变形动力响应泛定方程组的求解 |
8.3 小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表学术论文情况 |
论文创新点摘要 |
致谢 |
作者简介 |
(9)非结构网格下椭圆型缓坡方程及近岸波生流数值模拟(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究的目的和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 椭圆型缓坡方程数值模型研究进展 |
1.2.2 近岸波生流数值模型研究进展 |
1.3 本文的工作 |
2 椭圆型缓坡方程数值模型的建立 |
2.1 控制方程 |
2.1.1 椭圆型缓坡方程 |
2.1.2 考虑波浪破碎作用的椭圆型缓坡方程 |
2.2 边界条件 |
2.2.1 外海入射边界条件 |
2.2.2 其它边界条件 |
2.2.3 边界条件的变换 |
2.3 数值模型 |
2.3.1 生成非结构化网格 |
2.3.2 有限体积法 |
2.3.3 方程离散 |
2.3.4 方程组的外迭代求解 |
2.4 计算流程 |
2.5 三角形网格计算过程中若干辅助公式 |
2.5.1 三角形面积的计算 |
2.5.2 三角形中心点插值求顶点值 |
2.5.3 三角形界面变量的计算 |
2.5.4 三角形网格中空间偏导数的计算 |
2.6 小结 |
3 椭圆型缓坡方程数值模型的验证 |
3.1 圆形浅滩上的波浪传播变形 |
3.2 椭圆形浅滩上的波浪传播变形 |
3.3 Memos物理模型实验的验证 |
3.4 潘军宁物理模型实验的验证 |
3.5 小结 |
4 近岸波生流数值模型的建立 |
4.1 二维近岸波生流基本方程 |
4.2 近岸波生流数值模型中作用力的计算 |
4.2.1 辐射应力 |
4.2.2 波流场底部切应力 |
4.2.3 侧向湍流应力 |
4.3 定解条件 |
4.3.1 初始条件 |
4.3.2 离岸波浪入射边界条件 |
4.3.3 岸边界条件 |
4.3.4 开边界条件 |
4.4 方程离散 |
4.4.1 模型中各作用力的离散 |
4.4.2 控制方程的离散 |
4.5 离散方程的求解 |
4.5.1 计算流程图 |
4.5.2 计算的稳定性条件 |
4.5.3 求解的过程 |
4.6 小结 |
5 近岸波生流数值模型的验证 |
5.1 人工岛波生流物理实验 |
5.2 海岸和近海工程国家重点实验室近岸流物理模型实验 |
5.3 小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(10)波浪作用下堤前冲淤形态的数值模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究目的、手段和意义 |
1.2 相关研究工作的回顾与研究现状 |
1.3 本文的研究工作内容与创新点 |
2 水沙相互作用模型的构建 |
2.1 控制方程 |
2.1.1 紊流控制方程 |
2.1.2 泥沙传输公式 |
2.1.3 自由面跟踪方法 |
2.2 初始和边界条件 |
2.2.1 初始条件 |
2.2.2 波流边界条件 |
2.2.3 泥沙边界条件 |
2.3 数值方法 |
2.3.1 计算域离散 |
2.3.2 两步映射法 |
2.3.3 空间有限差分离散 |
2.3.4 自由水面离散 |
2.4 小结 |
3 堤前规则波下冲淤物理模型试验 |
3.1 研究目的 |
3.2 试验设备及测试仪器 |
3.2.1 试验设备与测量仪器 |
3.2.2 试验模型和自制测量工具 |
3.3 试验条件与工况 |
3.3.1 试验条件 |
3.4 试验方法 |
3.4.1 断面流速测量 |
3.4.2 起动流速测量 |
3.4.3 断面输沙率测量 |
3.4.4 波高测量 |
3.5 试验结果与分析 |
3.5.1 堤前的冲淤现象 |
3.5.2 堤前冲淤形态和机理解释 |
3.6 结论 |
4 堤前规则波下流场的数值模型试验 |
4.1 直立堤堤前波浪场的模拟 |
4.1.1 数值波浪水槽配置 |
4.1.2 驻波作用下堤前波浪场计算及结果分析 |
4.2 斜坡堤堤前波浪场的模拟 |
4.3 结论 |
5 冲淤的数值模型 |
5.1 堤前驻波作用下泥沙起动流速 |
5.2 堤前驻波作用下推移质输沙 |
5.3 堤前驻波作用下底沙运动的机理 |
5.5 结论 |
6 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 存在问题 |
6.3 展望 |
参考文献 |
致谢 |
个人简历 |
在学期间参加的研究项目 |
攻读学位期间发表的学术论文 |
四、近岸波浪折射-绕射-破波耗散联合模式的有限元数值研究(论文参考文献)
- [1]基于无积分节点间断有限元的二维水动力数学模型研究[D]. 李文俊. 天津大学, 2018(06)
- [2]基于SWAN模式和折绕射模式的近岸海浪数值模拟[J]. 李煊,李庆杰,周良明,王智峰. 海洋湖沼通报, 2017(04)
- [3]自适应网格下的近岸波浪缓坡方程数值模型[J]. 孟祥宇,唐军,李巧生. 水运工程, 2017(01)
- [4]近岸复杂岸界水域波浪、波生流及泥沙输运数值模拟[D]. 孟祥宇. 大连理工大学, 2016(03)
- [5]基于四叉树网格的近岸波浪及波生流数值模型[D]. 李巧生. 大连理工大学, 2013(09)
- [6]董家口港区水动力环境数值模拟研究[D]. 姚令燕. 中国海洋大学, 2011(01)
- [7]三维溢油数值模式研究及其在近海的应用[D]. 郭为军. 大连理工大学, 2011(06)
- [8]海底输油软管力学响应研究[D]. 谷凡. 大连理工大学, 2009(07)
- [9]非结构网格下椭圆型缓坡方程及近岸波生流数值模拟[D]. 魏美芳. 大连理工大学, 2009(10)
- [10]波浪作用下堤前冲淤形态的数值模拟研究[D]. 张嶔. 中国海洋大学, 2009(11)