海洋工程水池中強非線性波浪數(shù)值與試驗研究.pdf

1、畸形波（Freak Wave）是近年來為人們所觀測到的一種瞬時出現(xiàn)的巨浪，其波高達(dá)本海域有義波高的兩倍以上，具有強非線性波浪的特征。 由于畸形波對于海洋工程結(jié)構(gòu)物具有極大的破壞性，因此隨著海洋石油開發(fā)向深海邁進(jìn)，畸形波這一強非線性波浪的危害已不可忽視。為發(fā)展深海海洋工程模型試驗中的海洋環(huán)境模擬技術(shù)，需要在海洋工程水池中進(jìn)行畸形波這一強非線性波浪的模擬研究。 本文主要是利用數(shù)值方法分析了在海洋工程水池中模擬畸形波的方法，并

2、通過試驗加以驗證，從而在海洋工程試驗中模擬這種復(fù)雜海洋環(huán)境。 首先分析了實際海洋工程水池中對波浪主要影響的因素。在此基礎(chǔ)上建立了海洋工程水池的數(shù)值模型，將實際水池中的造波、消波、進(jìn)流和出流等各種功能區(qū)域在數(shù)值模型中進(jìn)行了模擬，從而更加準(zhǔn)確地模擬了水池的實際特性。通過自編程序控制造波和消波在水池中模擬了規(guī)則波，并分析了波浪在水池中的傳播和變化，以及水池各部分對波浪的影響。采用模擬瞬間波的方法在海洋工程水池中模擬畸形波，并對瞬間波在

3、水池中的傳播和變形進(jìn)行了計算。最終通過不規(guī)則波和瞬間波的疊加實現(xiàn)了海洋工程水池內(nèi)畸形波的模擬，得到了較好的結(jié)果。 海洋環(huán)境中波浪和流的耦合影響不可忽視，而海洋工程水池內(nèi)的流場比較復(fù)雜，因此在流場中能否模擬畸形波需要分析流對波浪的影響。首先在數(shù)值水池中模擬了水池的流場，分析了流場細(xì)部特征和有可能使波浪產(chǎn)生變形的區(qū)域。在流場環(huán)境下對規(guī)則波和瞬間波進(jìn)行了計算和分析。數(shù)值模擬結(jié)果表明，在海洋工程水池的流場中可以模擬畸形波，但出現(xiàn)的位置與

4、均勻流作用下波浪傳播的理論值有差異。 在數(shù)值模擬基礎(chǔ)上，通過編制程序控制造波機的運動在海洋工程水池中成功模擬了瞬間波和畸形波，得到了滿意的結(jié)果。 通過數(shù)值計算和物理實驗表明，通過瞬間波方法模擬畸形波是可行的。而數(shù)值海洋工程水池可為海洋結(jié)構(gòu)物模型試驗的復(fù)雜海洋環(huán)境模擬工作提供一個數(shù)值計算平臺，對于模型試驗有很好的指導(dǎo)意義。其計算結(jié)果可以指導(dǎo)物理試驗的發(fā)展，優(yōu)化試驗技術(shù)，并評估各種海洋環(huán)境模擬的方法。因此這種數(shù)值方法具有廣闊