基于Boussinesq模型的珊瑚礁-潟湖-裂口系统内规则波运动的数值模拟

[交通会议论文数据库] 吴际 姚宇 韩秀琪 贺圆圆

摘要:为研究规则波下珊瑚礁-潟湖-裂口系统内的水动力过程,利用完全非线性Boussinesq方程的Funwave-TVD波浪模型对规则波在水平二维的珊瑚礁-潟湖-裂口系统内的运动进行模拟,并通过已有的实验数据对模型进行验证.相较于计算流体力学模型,该模型消耗计算资源少,更适合水平二维珊瑚礁-潟湖-裂口系统的情况.研究发现建立的数值模型能很好地预测规则波作用于珊瑚礁-潟湖-裂口系统时系统上波高、增水、水平环流以及波浪在岸滩上爬高的变化规律,研究结果对进一步认识珊瑚礁海岸的演变和珊瑚砂输运具有一定的参考价值,可为海岸防灾减灾决策提供一定的科学依据.

波流共同影响下珊瑚礁破碎带附近波浪演变及波生流试验

[交通会议论文数据库] 李壮志 姚宇 李长慎 贺圆圆 蒋昌波

摘要:通过波浪水槽试验研究了波、流(正向流、反向流)共同作用下珊瑚礁海岸附近波浪的传播变形,具体分析了典型工况下正向流和反向流时波面时间序列、波高、增水以及波生流的沿礁变化规律,并与纯波浪试验进行了对比.结果表明:相对于无流,正向流的存在造成礁坪上波浪的相位前移,礁坪上波高增大,波浪增水减小;反向流则造成了相位后移,礁坪上波高减小,平均水位上升;同时,在正(反)向流的影响下,波浪破碎点向岸(离岸)侧移动.对波生流的研究,相较于无流,在正向流的作用下,波浪沿礁的海底回流影响减弱,礁坪上整体波生流的流向为向岸方向,而反向流将增强沿礁海底回流的影响,礁坪上整体波生流流向为离岸方向.

破碎波作用下岛礁地形上流速特性研究

[交通会议论文数据库] 刘清君 王登婷 李岩汀 孙天霆 黄哲

摘要:采用声学多普勒流速仪,对破碎波作用下岛礁地形上的沿程流速进行测量.分析了时间平均流速、极值流速的沿程和沿垂向变化规律.研究表明:在礁前斜坡段,时间平均流速为离岸方向,以平衡波谷以上水体的向岸净输移;离岸方向和向岸方向的极值流速沿水深均存在衰减现象.在礁缘处,受地形影响,时间平均流速在近底0.8倍水深以下的范围内,由离岸方向转为向岸方向;极值流速在礁缘处达到沿程最大,离岸方向和向岸方向的极值流速沿垂向分布略有差别,离岸方向极值流速沿水深逐渐减小,向岸方向极值流速沿水深先增大后减小.在破碎区,受波浪破碎的影响,时间平均流速沿垂向分布较为杂乱,无明显规律,但极值流速沿垂向分布趋于均匀.在破后稳定区,时间平均流速沿垂向分布较为均匀,除仅在近底附近存在离岸流速外,其他水深处均为向岸流速;极值流速沿水深分布较为均匀,且向岸极值流速大于离岸极值流速.本研究成果可为数值模拟计算以及珊瑚砂冲淤分析提供参考.

环境友好型密排桩防波堤消浪机理研究

[交通会议论文数据库] 缪银琦 殷铭简 赵西增

摘要:采用物理模型试验与数值方法模拟排桩式防波堤与规则波的相互作用过程,分析排桩式防波堤在规则波作用下的消浪机理.开展物理模型试验,探究排桩透空率ε、相对波高H/h、相对波长L/D三个因素对排桩式防波堤消浪性能的影响,总结上述影响因素对防波堤消浪效果的影响机制.同时基于OpenFOAM开源平台,采用大涡模拟(LES)与流体体积法(VOF)搭建排桩式防波堤与规则波相互作用的数值模型,探究波浪耗散机制,重点分析数值水槽中的波浪形态发展与特殊水动力现象,总结排桩式防波堤的主要消浪机理.

悬浮隧道管节接头结构受荷特性研究

[交通会议论文数据库] 吴林键 马原飞 刘明维 杜波 阳晨 胡红玲

摘要:悬浮隧道管节接头作为其结构的重要组成部分及薄弱环节,针对该部位相关问题的研究目前鲜有人涉及.为此,参考沉管隧道、超大型海上浮式结构的管节接头及连接构件型式,提出了一种悬浮隧道管节接头的半刚性半柔性结构设计方案.基于数值仿真方法对管节接头结构的受力状态进行分析,研究其在外荷载作用下的受荷特性.结果表明,管节接头结构所受应力对弹簧刚度的变化并不敏感,但其位移却随弹簧刚度的增加呈反比例函数趋势减小;外部荷载作用下,管节接头结构的最大应力出现在连接中轴处、弹簧支座的直接作用处,合理设计连接中轴尺寸、加强支座处结构强度、避免结构方案中出现过多角点所导致的应力集中是管节接头结构优化的主要方向.研究结果可为解决悬浮隧道建设的前置关键问题提供思路并奠定基础.

深水吸力桩建井技术

[交通会议论文数据库] 张明贺 杨进 刘和兴 郑金龙 朱国倞

摘要:在南中国海深水油气勘探开发过程中,深水浅层钻井关键技术始终是制约油气勘探开发的难题.目前中国深水油气勘探开发70％以上采用表层导管喷射下入的方式建立海底井口,该方式对导管的下入深度有着较高的要求,亟需寻找新的深水海底建井方式.吸力桩法建井就是深水海底建井的一种新的尝试和选择.针对吸力桩法建井抽吸泵功率确定、垂直度控制、下入深度计算、下入速度控制等难点和技术难题,结合吸力桩法建井承载力高、稳定性强、机动性好、安全系数高等优势给出吸力桩法建井的可行性分析及应用前景,为吸力桩建井在南中国海的成功应用提供技术思路和前景分析.

仿生水下航行器的推进与控制研究初探

[交通会议论文数据库] 刘启蒙 李瑞鹏 崔维成

摘要:仿生机器鱼是水下仿生推进航行器的俗称，从其命名上可以看出，它既可归为机器人，又可归为航行器。仿生水下航行器具有噪声小、环境流场扰动小、环境友好等特点,是近年来海洋装备研究和发展的一个新方向.仿生水下航行器与传统水下航行器的根本区别在于推进方式和控制.对仿生水下航行器的推进方式作了较为全面的介绍,并列举了不同推进模式的典型代表;针对仿生水下航行器控制过程中有干扰、静不平衡系统等传统控制方法不能很好解决的非线性问题,总结了三类常用控制方法及其在仿生水下航行器上的潜在应用.最后,梳理了当前仿生水下航行器研究面临的若干重要挑战,旨在对水下装备尤其是仿生航行器的发展起到积极的推动作用.

向量式有限元在深海S型铺管分析中的应用

[交通会议论文数据库] 徐普 杜志新

摘要:向量式有限元法是一种新型的数值计算方法,因能处理复杂结构动力行为而逐步得到应用.基于该方法,将深海S型铺设管道离散成一系列质量节点,通过点值描述和途径单元构建管道质点运动控制方程,根据管道单元变形与质点转动计算管道内力,充分考虑托管架滚轮接触反力、海床土壤抗力和水动力荷载,建立深海管道S型铺设向量式有限元模型,采用MATLAB编制程序数值求解计算,得到管道铺设静动力响应结果,与OrcaFlex软件计算结果吻合较好,验证了向量式有限元方法在深海S型铺管分析中的准确性和可行性,可为深海管道铺设设计计算提供理论依据.

大型沉管近底沉放的耦合运动特征

[交通会议论文数据库] 宋悦 陈念众 孙振祥 张宁川

摘要:沉管隧道的建设对水下空间利用和现代交通运输体系构建具有深远的战略意义.在复杂海洋环境中,实现沉放对接过程中管节姿态和沉放设备受力两方面精确控制,是整个沉管隧道海上作业的关键.特别当临近海底时,海底和沉管间会存在严重的流体动力干扰,直接影响沉管姿态乃至整个沉放系统的动力响应,进而威胁沉放作业的精准性和安全性.因此,采用物理模型试验方法,开展近壁面效应下沉管的水动力特性分析,以期为工程实践提供可靠参考.

水下移动射流冲刷数值模拟研究

[交通会议论文数据库] 董俊伟 邹丽 赵淮宾 王子维 岳彩星

摘要:近年来,水射流开沟机器人在海洋铺管、埋缆中的应用越来越广泛.研究分析开沟设备的射流冲刷开沟效果,有助于优化开沟机器人的结构,并为具体的工程应用提供重要的参考依据.利用CATIA软件建立了一种三维的带有倾斜角度的双喷嘴移动射流泥沙冲刷数值模型,并基于计算流体商用软件FLOW-3D进行射流冲刷开沟效果分析.首先,进行了垂直射流冲刷的数值模拟并与Ye等研究结果进行了对比,数值模拟结果与文献结果基本吻合,证明本模型对于模拟射流泥沙冲刷具有较好的适用性.之后,将垂直双喷嘴向内侧倾斜一定角度,发现开沟效果有所改善:冲刷沟中间泥沙淤积减少,最大沟深明显提高.此外,研究了倾斜双喷嘴在不同射流速度、移动速度下的冲刷效果,对其流场进行了对比分析.结果表明,射流速度与移动速度在合适的搭配下才能得到更好的冲刷效果.研究工作可为水下移动射流冲刷的工程应用提供一定的理论支持.