破碎波

摘要： 波浪破碎是海洋中最常见的现象之一,其能够对海洋中的结构物产生巨大的波浪力作用.本文在大比尺波浪水槽通过聚焦波的方法生成了极端波浪和不同破碎阶段的破碎波浪,并对其冲击桩柱过程中的点压力进行了测量,进而采用连续小波变换的方法,对桩柱上点压力的分布及大小进行了细致分析.结果表明,多次重复试验下,相比非破碎极端波浪,破碎极端波浪产生的点压力离散性更强;波浪破碎程度越大,测点位置越靠近波峰,则点压力离散程度越大;破碎波的最大点压力出现在1.2倍的最大波面附近,且其大小可达3倍的最大静水压力;基于点压力小波谱,不同破碎阶段破碎波产生冲击作用不同,对于波浪作用桩柱前波浪已经发生破碎的情况,其冲击区域更大,点压力分布更复杂;而对于桩面破碎的情况,其造成的波浪总力更大.

摘要： 当波浪由外海向跨海桥梁所在的近岸海域传播时,随着水深急剧变浅,波浪会发生破碎。强非线性的破碎波会给桥墩结构带来极大冲击作用。基于计算流体力学(CFD)数值软件Flow-3D建立三维数值水槽,造波边界设为斯托克斯五阶波。通过在数值水槽中建立逐渐浅化的三维地形,采用k-ω湍流模型求解雷诺平均N-S(RANS)方程,模拟破碎波冲击桥墩。与前人水槽试验及数值模拟结果进行比对,验证数值水槽的有效性。采用验证过的数值水槽,研究了不同入射波高和周期下的破碎波浪特性,计算了不同长宽比圆端形桥墩在不同入射波高的破碎波作用下受力和流场变化,讨论了最大压强作用点、准静态力和冲击力随桥墩长宽比的变化规律。研究表明:与前人试验和数值模拟相比,所建立的数值水槽具有较高精度;圆端形桥墩破波力随桥墩长宽比增大,先增大后趋于稳定,破波力峰值随着入射波高的增大而增大,同时,圆端形桥墩破波力峰值主要由冲击力控制。进行跨海桥梁圆端形桥墩设计时,应重点关注桥墩长宽比和破碎波冲击力的影响。

摘要： 海上溢油行为的研究是预测其归宿、控制其危害的关键所在.由于目前对溢油下潜于水时所受多因素影响、经历多个子过程的综合效应不清,文章用挡板烧瓶模拟波浪,考察其行为特征.结果表明:波浪类型对下潜率影响最大,破碎波和规则波下油的下潜率差异可达79.8％;上浮过程的影响可使得下潜率随时间出现最大值,随分散剂含量的增加有最大值.对比静置中下潜率的变化规律,可认为波浪通过夹带和破碎作用使油下潜,分散剂则增加了下潜稳定性.实验结果可对海面溢油下潜过程的预测提供理论依据和实验数据.

摘要： 针对海底管道复杂近岸环境,对比远海环境论述复杂近岸区域独有的环境特点,分别从管道稳定性保护、预挖沟截面设计、工程回填设计等方面对海底管道设计技术进行研究.结合近岸区域的自然环境和人类活动特点,论述破碎波、落物冲击、沉船撞击、隆起屈曲、海床冲刷、安装施工等敏感因素对近岸段海底管道保护的影响,并结合DNV GL规范给出可用于工程评估的指导性设计方法及在设计中需要关注的问题,为处于复杂近岸环境下的海底管道设计提供技术支持.

摘要： 为准确探讨破碎波作用下气体如何卷入以及气泡的形成与输运特性,文章结合粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV)、高速相机和气泡测量系统,以及基于Navier-Stokes方程的三维数值模型对气泡形成及其运动过程进行研究.研究结果表明:文章建立的数值模型能合理地捕捉到破碎波作用下气体的卷入及其输运过程;波浪的破碎会形成较大的气腔,其破裂过程又将产生大量的气体微团;气泡会增加水体的紊动,造成水体与空气交界面附近形成大量的漩涡以及水体的飞溅;气泡的破裂会消耗大量的水体能量,同时发现较大的紊动动能与气泡的生成有关,且气泡数随平均紊动动能的增加呈线性增长关系.

摘要： 光纤探针法是一种适合观测波浪破碎瞬间卷入微气泡羽流的方法,现有的观测探针探头多采用塑料、玻璃等材质,存在脆性大、损耗大、不耐低温、易腐蚀等缺点,拟设计一种蓝宝石光纤探针克服其局限性,提升探测性能.文章在介绍光纤探针传感器测量原理的基础上,采用光学仿真软件Zemax建立了光纤探针传感器探头的仿真模型,并利用模型对其每针的材质、形状、角度等结构设计关键因素进行了优化设计,由仿真结果确定了每针形状为圆锥形、传输材质为蓝宝石.该仿真结果将为后续光纤探针传感器系统的整体设计及光路优化奠定基础.

摘要： 目前破碎波直立堤平均越浪量的估算值和影响因素的作用方面均存在显著差异,只有通过独立的试验校核才能使工程对这些成果的选择具有可靠依据。通过开展随机波物理模型试验,对目前代表性成果的越浪量估算值进行了系统校核,分析影响因素的作用规律以及产生估算差异的原因。结果表明:对周期和底坡坡度等主要影响因素的不同处理方式是导致现有成果间产生显著估算差异的重要原因;在现有成果中,EurOtop的估算结果普遍存在明显高估现象,而Goda(2009)对影响因素的处理方式和估算结果与本次试验的结论在总体上最为相符。

摘要： Electromagnetic scattering characteristics change significantly from breaking waves, which is considered to be one reason for sea spike phenomenon (HH polarization scattering intensity close to or even greater than VV polarization scattering intensity). Spiky sea clutter is often treated falsely as targets, which affects radar performance in target detection in the sea surface background. Thus the investigation on the physical mechanism of the sea spike phenomenon can help mitigate false alarms. In this paper, the authors investigate the microwave backscattering from the wedge-shaped breaking waves, which is simulated with the dihedral impedance wedge of finite length. The physical optical field of the breaking waves is calculated with the Kirchhoff approximation. Based on the Maliuzhinets method with using the precise impedance boundary condition, the impedance wedge scattering solution in spectral integral representation is presented. The spectral function is derived by the perturbation method with respect to the oblique incident angle based on the incidence normal to or grazing to the edge. After obtaining the spectral function, the asymptotic theory is used to determine the diffraction field of impedance wedge at an arbitrary skew incidence. The equivalent edge currents are derived from the uniform diffraction of impedance wedge by combining the physical optical coefficients and diffracted coefficients. Backscattering radar cross-sections (RCSs) of the diffracted field from 120◦ impedance wedge are calculated in both HH and VV polarizations, and the effects of frequency and permittivity on the wedge diffraction are discussed as well. The physical optical field backscattering from 135◦ impedance wedge is compared with the total field with considering the diffraction effects. Further calculations and analyses for backscattering from the three-dimensional extension breaking waves are presented by using the contribution of edge diffraction field to correct the physical optics field. Numerical results show that the backscattering RCS of impedance diffracted field in HH polarization is greater than that in VV polarization in the Keller cone. Therefore, the diffraction effects will make the backscattering RCS of the total field in HH polarization greater than that in VV polarization when the breaking wave grows to near-collapse stage at a small grazing angle with upwind observation. This indicates that the wedge diffraction is one of the causes of sea spike phenomenon.%海浪的破碎区会导致海面电磁散射特性发生很大改变，导致海尖峰现象的产生。本文结合阻抗劈结构模型分析了劈绕射对破碎波后向散射特性的影响。首先利用基尔霍夫近似求解破碎波的物理光学场；基于Maliuzhinets方法，从波动方程及精确阻抗边界条件出发，由谱函数的积分形式得到阻抗劈的一致性绕射系数，结合物理光学绕射系数导出阻抗劈等效边缘电磁流；利用边缘绕射场修正物理光学场，得到考虑劈绕射效应的破碎波散射总场。数值结果表明，阻抗劈的绕射场在Keller锥内出现HH极化大于VV极化的现象，因此计入绕射场的影响会使得破碎波生长到临近坍塌阶段时，小擦地角逆风观测出现总场的后向散射截面HH极化大于VV极化的现象，说明劈绕射是造成海尖峰现象产生的原因之一。

摘要： A 3⁃D numerical model for breaking wave was developed based on the open source code Open⁃FOAM. The governing equations of the model are the RANS equations of the three⁃dimensional incompressible vis⁃cous fluid. The VOF method was used to capture the interface between air and fluid. The wave⁃maker of distributed momentum source and the damping wave absorption were applied in the momentum equations for generating and ab⁃sorbing waves respectively. The RNG k⁃εturbulence model was adopted. The presented model was used to simu⁃late the breaking wave force acting on the pile on a beach. The numerical results were compared with the previous experimental data. It is shown that the model is of sufficient accuracy to simulate the breaking wave force on mono⁃pile in shallow water.%基于开源程序OpenFOAM建立了三维波浪破碎数值模型，模型控制方程采用三维不可压缩粘性流体运动RANS方程，应用VOF方法捕捉自由表面，分别运用动量分布源方法、阻尼消波方法实现数值造波和消波，紊流模型选用RNG k⁃ε模型。利用所建立的三维波浪破碎数值模型模拟了破碎波对单桩结构物的作用力，并与物理模型实验数据进行对比分析。结果证明该模型可以较好地模拟近岸单桩结构物所受破碎波浪荷载。

摘要： 通过物理模型实验研究了海岸沙坝剖面和滩肩剖面的形成和演化过程，给出了稳定的沙坝剖面和滩肩剖面的几何特征。实验中考虑了两种初始坡度（1∶20和1∶10）和不同波高的规则波和不规则波，讨论了不同初始坡度海岸上破碎波空间分布特征。结果表明，沙坝产生后存在向岸和离岸两种运动形态，但最终将停留在稳定位置。稳定的沙坝剖面对应不同初始坡度和波浪存在不同的大沙坝和小沙坝分布。沙坝剖面由长时间小波高波浪序列作用后可转化为稳定滩肩剖面，该剖面不依赖于波浪和初始坡度。实验也给出了平衡剖面与理论曲线的对比以及剖面上泥沙粒径的分布。%A series of physical model experiments were conducted to study the formation and evolution of sandbar and berm profiles.The characteristics of these profiles were observed.Two initial beach slopes (1∶20 and 1∶10) and regular and irregular waves with different heights were adopted.The results showed that the sandbar can move onshore or offshore,depending on wave condition (for regular wave cases)or on initial beach slope (for irregular wave cases).But it has a final steady position.The transform of sandbar profile to berm profile was realized with action of a series of waves with gradually decreased wave height.The distribution and formation mechanism of multiple bars formed in the experiment are discussed by relating them to initial beach slope,wave type and spatial distribution of breaking wave.The geometrical features of the sandbar profile are presented.The distribution of the sand grain along beach cross section was measured.The measured equilibrium berm profile agrees with the theoreti-cal result.

摘要： 分别建立了直立式防波堤与破皮相互作用、防波堤的弹性振动、滑移运动和摇摆运动分析模型，对破碎波冲击作用下防波堤的弹性振动－滑移运动－摇摆运动过程进行了数值模拟，研究了各种运动对破碎波冲击力及其作用效应－防波堤的位移、转角、滑移力和倾覆力矩的影响。

摘要： 本发明公开了一种研究破碎波浪对圆柱的砰击荷载及压强分布的实验装置，包括实验水槽、设于实验水槽底部的斜坡模型、设于实验水槽上的导轨、以及设于导轨上的圆柱结构模型；所述的圆柱结构模型可沿实验水槽的导轨滑动，以实现在不移动斜坡模型的情况下，改变圆柱结构与波浪破碎点的相对位置。所述实验装置能够实现波浪沿着不同坡度传播进而破碎的过程，如果需要改变入射波传播坡度，只需调节迎浪向铝合金型材以及铝合金型材上铺设钢板的总长度；所述实验装置能够测量相同波浪条件下不同位置处的波浪砰击荷载，只需通过调节滑块的位置；所述实验装置能够测量波浪砰击压强沿圆柱体表面的分布，只需在预先留好的螺栓孔上安装压强传感器。

摘要： 本发明公开了一种S波段多普勒雷达破碎波干扰抑制的方法和装置，属于雷达信号处理领域。本发明在原有S波段多普勒雷达信号处理的基础上，利用经验模态分解方法将破碎波干扰的雷达回波信号分解为多个本征模态函数，根据破碎波信号相对一般海洋回波信号频率较大的特点，对所有本征模态函数中频率较高的分量去除，重构其余的本征模态函数得到破碎波抑制处理后的信号。本发明在实际数据处理中，应用效果很好，在抑制破碎波干扰的同时无损有用信号，处理效果显著，提高了雷达探测精度。

摘要： 本发明提供一种破碎波作用下桩基水平变形计算方法、系统、设备及介质，其中方法包括：S1、获取工程海域海况信息；S2、计算出波长及波峰高度；S3、采用莫里森方程计算桩基所受的最大拖曳力和最大惯性力；S4、分别计算最大拖曳力和最大惯性力对桩基泥面处形成的第一弯矩和第二弯矩；S5、利用计算规则对波浪力、第一弯矩和第二弯矩进行计算，得到最大水平波浪力和最大波浪弯矩；S6、计算波浪破碎后对桩基的冲击荷载，以及冲击弯矩；S7、计算作用在桩基泥面处水平总力和总弯矩；S8、基于水平总力和总弯矩，根据m法计算破碎波作用下桩基泥面处水平变形。本发明能够简便的实现破碎波作用下桩基承载水平变形的计算，为海洋和海岸工程结构设计提供支撑。

摘要： 本发明公开了一种研究破碎波浪对导管架平台的砰击荷载及压强分布的实验装置，所述装置包括实验水槽、设于实验水槽底部的斜坡模型、设于实验水槽上的导轨、设于实验水槽导轨上的连接结构、以及设于连接结构上的导管架平台模型；所述的导管架平台模型可沿导轨滑动，以实现在不移动斜坡模型的情况下，研究导管架模型与波浪破碎点相对位置对砰击荷载的影响。本发明装置只需改变底部斜坡模型的角度与长度，就能够研究不同破碎程度波浪对导管架平台的砰击作用；所述实验装置能够测量破碎波砰击压强沿导管架模型主腿、平台甲板及桁架支撑结构的分布规律，只需在预先留好的螺纹孔上安装压强传感器即可。

摘要： 本发明提供一种溃坝式模拟破碎波实验装置，包括实验台模块、驱动控制模块、滑轮组模块、循环实验工质模块、实验水箱模块和PIV模块；实验本体为由闸门和有机玻璃实验水箱配合而成，为三维溃坝实验水槽，通过向有机玻璃实验水箱中加入蒸馏水控制左右液面，之后通过迅速抽板实现波浪破碎模拟。本发明采用有机玻璃制作实验本体，既提供了近似刚性的实验体，又可提供研究内部液面的高透明度，为高速摄像机的拍摄提供条件；灵活的底部打光方式，有效的降低了由激光穿过气液交界面折射产生的实验误差；实验装置采用角钢材料，其结构特征稳定结构简单，可提供稳定的工作环境；可用于舰船等受波浪抨击的实验研究；装置设计简单，容易加工，价格低廉。

摘要： 本发明公开了一种研究破碎波浪对圆柱的砰击荷载及压强分布的实验装置，包括实验水槽、设于实验水槽底部的斜坡模型、设于实验水槽上的导轨、以及设于导轨上的圆柱结构模型；所述的圆柱结构模型可沿实验水槽的导轨滑动，以实现在不移动斜坡模型的情况下，改变圆柱结构与波浪破碎点的相对位置。所述实验装置能够实现波浪沿着不同坡度传播进而破碎的过程，如果需要改变入射波传播坡度，只需调节迎浪向铝合金型材以及铝合金型材上铺设钢板的总长度；所述实验装置能够测量相同波浪条件下不同位置处的波浪砰击荷载，只需通过调节滑块的位置；所述实验装置能够测量波浪砰击压强沿圆柱体表面的分布，只需在预先留好的螺栓孔上安装压强传感器。

摘要： 本发明属于海浪模拟技术领域，具体涉及一种插入式破碎波模拟装置。包括驱动电机、传动组件、水斗、调整螺杆和支撑托架，其中支撑托架固定架设在造波水槽上方，水斗相对于支撑托架平行方向置于造波水槽中，且通过调整螺杆活动连接在支撑托架下方，驱动电机固定在支撑托架上，驱动电机通过传动组件与水斗连接，从而驱动水斗在造波水槽中进行升降运动，进而模拟波浪在下降过程中的垂直作用产生的插入式破碎波。本发明一体化设计，结构简单、稳定性好，且成本低、安装方便、操作便捷、可用范围广，簸箕式的水斗增大了提取的水量体积也提升了造出波浪的高度范围，能够满足实验室模拟自然海洋状况中不同强度和不同波高的破碎波的需求。

摘要： 本发明属于海浪模拟技术领域，涉及模拟海上不同频率、不同波高的破碎波，具体涉及一种拍打式模拟破碎波的装置。该装置由驱动电机、传动组件、升降螺杆、拍打板和支撑托架构成，其中支撑托架固定架设在造波水槽上方，拍打板活动连接在支撑托架下方且置于造波水槽中，拍打板垂直于支撑托架，驱动电机固定在支撑托架上，驱动电机通过传动组件与拍打板连接，从而驱动拍打板在造波水槽中进行往复运动模拟制造破碎波。本发明一体化的设计，稳定性良好，且设备总体的成本低，安装拆卸方便，操作便捷，通过控制拍打板的拍打频率和浸入水槽的深度相结合的方法，造出不同频率、不同波高的波浪，本发明使用区间广，能满足实验室小型造波水槽的需求。

摘要： 本发明公开了一种室内破碎波浪电磁散射模拟测试系统和方法，该测试系统，包含：造波水池；设置在造波水池的造波设备和浪高测试反馈系统；设置在造波水池内壁移消除水波在波壁产生的回波干扰的消波装置；设置在造波水池上方的高架轨路；活动设置在高架轨路上的运动小车；静态电磁散射测量系统，其通过姿态装定组件悬吊在运动小车下方。本发明提出波浪破碎机理，研究造波池内波浪破碎的波长、波高的确定性关系，在造波池内产生能用与电磁散射测试的破碎波浪。

摘要： 本发明公开了一种S波段多普勒雷达破碎波干扰抑制的方法和装置，属于雷达信号处理领域。本发明在原有S波段多普勒雷达信号处理的基础上，利用经验模态分解方法将破碎波干扰的雷达回波信号分解为多个本征模态函数，根据破碎波信号相对一般海洋回波信号频率较大的特点，对所有本征模态函数中频率较高的分量去除，重构其余的本征模态函数得到破碎波抑制处理后的信号。本发明在实际数据处理中，应用效果很好，在抑制破碎波干扰的同时无损有用信号，处理效果显著，提高了雷达探测精度。