迷宫形透空式防波堤的水动力性能试验研究

何 方，陈 妍，潘佳鹏

（浙江大学 海洋学院，浙江 舟山 316021）

摘 要：为提升透空式防波堤波浪防护效果，研究提出一种具有内部迷宫透浪通道的形式，迫使波浪发生多重反射和绕射，并在该过程中诱导涡旋形成，逐级消耗波浪能量。基于波浪水槽物理模型试验对防波堤的透反射和波能耗散特性展开研究，并重点关注其消浪结构形式、潮位以及入射波高的影响。研究结果表明，相比于采用菱形柱和圆形柱，内部消浪结构采用十字形柱时的波浪防护性能更为优异，其复杂内部结构显著增强了波能耗散，具有良好的防透射与降反射特性。在试验范围内，低潮位和大波高情况下，迷宫形透空式防波堤具有更好的波浪防护性能。研究还进一步分析了该防波堤形式所受波压力的情况，并发现其所受波压力沿波浪传播方向逐级衰减，前两排消浪结构单元所受波压力峰值明显较大，且在波能耗散中的作用最为显著，在该防波堤形式的工程应用中需进行加固。

关键词：迷宫形；透空式防波堤；波浪防护；波压力

聚焦波与水囊潜堤相互作用的试验与数值模拟研究

刘 畅1，刘维杰1，2，金 袭3，赵西增1

（1. 浙江大学 海洋学院，浙江 舟山 316021；2. 南京水利科学研究院 水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京 210098；3. 温岭市农业农村和水利局，浙江 台州 317599）

摘 要：水囊潜堤是一种兼具结构安全及经济环境效益的代表性柔性防波堤，具有良好的应用前景。开展极端波浪与水囊潜堤相互作用的物理模型试验，分析水囊潜堤在聚焦波作用下的消浪特性，并构建波浪与水囊潜堤相互作用的流固耦合数值模型。基于验证后的数值模型探究聚焦波作用下水囊充盈度和潜堤位置对潜堤消浪效果的影响规律，分析上述因素对水囊潜堤消浪性能的影响机制。结果表明，构建的流固耦合模型可准确地模拟聚焦波与水囊潜堤的相互作用过程；相比刚性潜堤，水囊潜堤与波浪相互作用更为剧烈，具有更好的消浪性能；水囊充盈度的改变可通过同时改变潜堤的反射和耗散作用影响其消浪效果，其中耗散作用主要通过改变结构运动产生的涡量而产生，聚焦波作用下水囊潜堤的最佳充盈度为96%；潜堤布放位置在聚焦振幅较大时对消浪效果影响较大，潜堤位置离聚焦位置越近，结构运动产生的涡量及波面涡量耗散越大，消浪效果越好。相关结果可以为柔性水囊潜堤在实际极端海况下的应用提供一定借鉴，对于提高海洋防灾减灾能力、保护海洋环境等具有重要意义。

关键词：水囊潜堤；CIP方法；聚焦波；流固耦合；消浪性能；防波堤

基于离散元法的沙漏形FPSO海冰载荷特性研究

李 昊1，2，刘 俊1，王文华2

（1. 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240；2. 大连理工大学 船舶工程学院，辽宁 大连 116024）

摘 要：北极地区油气资源储备丰富，然而海冰环境给极地海洋装备作业带来了重大挑战。当前对极区油气开发核心装备FPSO的冰载荷特性研究并不充分。为了实现平台在极地区域安全运行，提出将沙漏形FPSO投入极区使用。利用平台和海冰相互作用的离散元分析方法，数值模拟沙漏形FPSO与典型海冰的作用过程，分析不同装载吃水下的沙漏形FPSO冰载荷时域特性，并选取多工况与相同功能的传统圆筒形FPSO的冰载荷进行对比；基于正交试验设计法，讨论典型冰况下的海冰速度、海冰密集度、海冰厚度等冰况参数对沙漏形 FPSO所受冰载荷的影响。结果表明：当装载吃水位于沙漏形 FPSO的腰线以上时，冰载荷较小且 FPSO具有优良的工作性能；沙漏形 FPSO基于其外形特点相较圆筒形 FPSO在抗冰性能上具备显著优势；典型冰况中海冰速度对沙漏形FPSO的冰载荷影响最显著，海冰密集度次之，且两者相互作用明显。研究结果可为极区FPSO的设计和运行提供科学依据和技术支持。

关键词：沙漏形FPSO；海冰载荷；DEM数值模拟；正交试验；方差分析

冰区加强结构非线性强度校核方法规范对比研究

陈香淦1，李 昊1，刘 俊1，曾 佳2

（1. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240；2. 中国船舶及海洋工程设计研究院，上海 200011）

摘 要：冰区船舶在航行过程中可能与海冰相互作用而发生结构永久性损伤，各船级社对冰载荷作用下的极地船舶强肋骨和承载纵桁的非线性直接强度校核提出了新的要求，但相关规定差异较大。通过对比主要船级社规范和指南中与强肋骨和承载纵桁非线性直接强度校核相关的要求，解读各规范对于结构模型化方法、材料模型以及强度校核衡准之间的差异。选取冰带纵桁作为研究对象，通过实例计算探究这些差异对于强度校核结果的影响，分析各规范强度校核衡准的相对安全水平及适用性。结果表明，材料模型对非线性强度分析结果有一定影响，硬化模量较大时影响较为显著。俄罗斯船级社的强度校核衡准相较于其余船级社更加保守，采用永久变形量作为衡准进行非线性强度校核容易导致对结构安全度的误判。研究成果能够为极地船舶的结构设计提供参考。

关键词：冰区加强；冰带纵桁；非线性有限元；强度校核；规范对比

缓波型立管移管安装全过程非线性动力响应数值研究

阮伟东，刘 凯，周成承，聂庆林

（浙江工业大学 土木工程学院，浙江 杭州 310023）

摘 要：随着海洋油气工程不断向更深海域发展，海洋立管的安装面临着越来越大的挑战。基于实际工程项目案例和OrcaFlex软件，结合缓波型立管移管安装主要步骤建立了深水钢质缓波型立管移管安装全过程力学评估模型，开展了深水缓波型立管移管安装全过程数值模拟分析和关键参数影响评价，研究了缓波型立管移管安装过程各阶段力学性能变化规律，并针对安装船与浮式平台水平距离以及立管顶端下放深度进行参数敏感性分析。研究发现，安装船与平台水平距离以及立管顶端下放深度对收放（A&R）缆绳和平台吊缆张力影响较小，而对转移阶段缆绳悬垂角和立管弯矩有着较大影响。该研究可以为海上油气开采管道铺设工程提供一定参考。

关键词：缓波型立管；移管安装；全过程模拟；A&R缆绳

深海钛合金耐压结构水下内爆流固耦合动态响应机理研究

郑建才1，2，贺宇培1，2，赵 敏1，2，夏 㛃1，2

（1. 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240；2. 上海交通大学 海洋工程全国重点实验室，上海 200240）

摘 要：深海钛合金耐压结构外表面承受高压静水载荷，当结构出现损伤失效时，可能会产生一种持续时间极短，冲击波峰值极大的水下内爆现象。基于任意拉格朗日欧拉方法结合Johnson-Cook本构和失效模型，对深海钛合金耐压结构的内爆流固耦合过程及毁伤特性开展研究。首先对比了水下内爆试验中的冲击波载荷及结构坍塌形态，验证数值方法的准确性。然后分析了钛合金球形耐压壳内爆时的流固耦合机制、结构动态响应及能量演化机理，探究超大深度载荷下钛合金球形耐压壳由于极限强度失效而破坏的物理机制。结果表明：钛合金球形耐压壳内爆后完全破坏成大碎块和小碎片；相同距离处的冲击波峰值随静水压力的增大而线性增大，但增长率随距离的增大而递减。

关键词：钛合金耐压结构；水下内爆；流固耦合；Johnson-Cook本构和失效模型

基于多孔介质层的振荡水柱波能转换装置水动力性能的数值研究

李梦瑶1，邓争志1，叶杨莎1，程一帆2

（1. 浙江大学 海洋学院，浙江 舟山 316021；2. 南京水利科学研究院，江苏 南京 210029）

摘 要：在以往振荡水柱（oscillating water column，简称OWC）波能转换装置的数值模拟研究中，小孔或多孔介质模型常被用作能量转换过程的简化替代，但两者之间的对应关系及其差异却鲜有深入研究。利用 OpenFOAM 开源代码平台，基于 DarcyForchheimer模型替代空气透平，对比了非线性和线性多孔介质模型的压降和能量耗散效果。提出一种通过OWC结构气室内的水柱位移和相对气压历时曲线来计算对应的多孔介质非线性孔隙参数的方法，得到了小孔模型开孔率与多孔介质非线性孔隙参数的一一对应关系。比较了小孔和多孔介质模型气室内自由液面、相对气压和流场情况，并且探究了多孔介质层厚度对计算结果的影响。结果表明，非线性和线性多孔介质模型的计算结果有着较大差异，非线性多孔介质模型在模拟自由液面位移和气室内相对气压等OWC波能转换装置的典型水动力特征方面与小孔模型有一样的效果，但计算效率可提高20倍左右。

关键词：OpenFOAM；振荡水柱；多孔介质模型；非线性空气透平；线性空气透平

水翼间距对串列布置全被动式双水翼获能的影响

黄 丽1，刘 臻1，2，宋馨钰1，倪和强1

（1. 中国海洋大学 工程学院，山东 青岛 266404；2. 中国海洋大学 山东省海洋工程重点实验室，山东 青岛 266404）

摘 要：单个振荡水翼装置获能有限，对其进行阵列布置是振荡水翼装置规模化发展的主要方向之一。构建串列布置双水翼的二维模型，采用全被动式控制策略，通过数值模拟研究了水翼间距对全被动式双水翼水动力特性及获能性能的影响。通过分析流场结构、运动响应及获能性能变化，研究了串列布置全被动式双水翼干涉机理。研究发现，水翼间距增大，下游水翼获能性能随之提高。此外，根据无量纲化水翼间距Lx*∈［3. 0，16. 0］中各下游水翼的流场变化，将串列双水翼翼涡作用分为3类，其中第Ⅲ类翼涡作用为维持下游水翼良好水动力性能的理想作用类型。在Lx*=6. 0的最优工况下，双水翼系统平均功率系数与平均效率的获能系数分别为0. 7和0. 8，其阵列获能密度及有效用海效率分别为118. 8 W/m2和0. 12。

关键词：全被动式；串列布置；水翼间距；流场结构；获能性能

基于Timoshenko-Pasternak模型的水平受荷大直径桩静力响应分析

范思圆，赵金海，俞长海，黄 丹

（河海大学 工程力学系，江苏 南京 211100）

摘 要：为弥补传统 Euler-Winkler（简称 E-W）计算模型在单桩水平静力响应分析中的不足，基于 Timoshenko 梁理论和Pasternak地基理论，建立同时考虑土体剪切效应和桩身剪切变形的Timoshenko-Pasternak（简称T-P）模型。首先，基于T-P模型推导单桩的整体平衡方程组；其次，运用传递函数方法结合迭代法求解；最后，通过实际案例分析，验证方法的合理性和适用性。结果表明：在大变形情况下（10 mm以上），T-P计算模型比E-W计算模型更适用于大直径钢管桩的侧向位移计算；T-P模型可以较好反映出桩身的剪力变化情况，但存在高估深层土处剪切力的现象；桩顶位移与土-桩相对剪切比呈正比例关系，且土体剪切效应相比钢管桩剪切变形对侧向位移的影响更为显著；桩身变形越接近于刚性转动，桩顶承载力增幅越大，桩身变形越接近于柔性变形，桩顶承载力增幅越小。

关键词：p-y曲线；大直径单桩；Timoshenko-Pasternak模型；剪切变形；海上风电

基于频谱分析的二阶非线性随机波作用下海床液化概率计算

蔡明辉1，2，杨明辉1，2，杨 汉1，2

（1. 厦门大学 建筑与土木工程学院，福建 厦门 361005；2. 福建省滨海土木工程数字仿真重点实验室，福建 厦门 361005）

摘 要：恶劣海况条件下由波浪荷载引起的海床液化是造成海洋结构物失稳的主要因素之一。为研究恶劣海况条件下海床最大液化深度的响应问题，首先将海洋波浪视为二阶非线性随机波，并以波浪频谱作为描述随机波浪的主要参数，推导了海床内部超孔隙水压力响应频谱与随机波频谱关系式。在此基础上，考虑了随机波浪荷载作用下海床动态响应计算结果的不确定性，依据基于瑞利变换的概率分析方法，结合二阶非线性随机波作用下超孔隙水压力动态响应解析解，提出了以频谱为基础计算参数的非线性随机波作用下海床土体液化概率的求解方法，该方法可直接计算不同深度处海床液化概率值，概率计算过程简便高效，并与他人的试验数据对比，验证了该方法的实用性。最后，利用Jonswap谱作为输入频谱进行分析，分析结果显示：有效波高Hs与显著波周期Ts的增大会增大不同深度处的海床液化概率，且最大液化深度也随之增加；而在相同的波浪等级下，最大液化深度随水深d的减小而增大；非均匀海床上覆土层的性质主导了海床的液化概率分布情况。

关键词：二阶非线性随机波；波浪荷载；海床动态响应；频谱；液化概率

考虑波浪对粉砂质岸坡作用的离心模型试验

张 晨，朱 洵，王 羿，顾行文

（南京水利科学研究院 岩土工程研究所，江苏 南京 210024）

摘 要：波浪作用对岸坡稳定性有显著影响。为在模型试验中反映波浪作用下岸坡的真实应力状态，完成了一组关于有限水深条件下波浪对粉砂质岸坡作用的离心模型试验，其中超重力环境下的波浪由冲箱式造波机生成。介绍了超重力场下冲箱式造波机的造波特点，根据试验结果分析了粉砂质岸坡在波浪作用下的冲刷特征和破坏模式，提出了基于冲刷形态的剥蚀率指标，并探讨了岸坡表面和土体内部孔隙水压力的变化规律。结果表明，粉砂质岸坡在波浪作用下出现了明显的侵蚀-后退现象，水面线附近侵蚀严重，破坏面的坡率大约在65°，破坏模式表现为浅层滑坡。水面线附近的岸坡受波浪作用影响，出现了类似“液化”现象；同时坡内的渗流过程进一步影响了岸坡稳定性。

关键词：粉砂质岸坡；离心模型试验；冲箱式造波机；波浪作用；侵蚀特性

导流堤影响下码头后方及下方流动特性数值模拟研究

旷 敏1，姚 宇1，2，许从昊1，2，陈 龙1，2

（1. 长沙理工大学 水利与环境工程学院，湖南 长沙 410114；2. 水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室，湖南 长沙 410114）

摘 要：基于Navier-Stokes方程结合标准的k-ω SST湍流模型建立三维数值模型，对导流堤影响下中国东南沿海某码头后方及下方水域流动特性进行分析，研究了在不同堤长和角度组合工况下码头后方及下方水平流场、水平涡量、湍动能和沿岸方向海床剪切应力分布规律。结果表明：随着堤长增大，码头后方有效导流区域的面积和沿岸方向海床剪切应力增强的范围先增大后减小，在堤身长度等于码头后方水域宽度一半时达到最大，涡量和湍动能增强的区域面积随之增大；随着夹角增大，码头后方有效导流区域的面积和沿岸方向海床剪切应力增强的范围逐渐减小，涡量和湍动能增强的区域面积先增大后减小，在堤身与岸线夹角等于90°时达到最大。

关键词：导流堤；高桩码头；Navier-Stokes方程；流动特性

深海采矿垂直管道级配粗颗粒固液两相流数值模拟研究

胡小林1，王 乐1，徐礼康1，聂程程2，赵桂欣3，万初一3

（1. 中国船舶及海洋工程设计研究院，上海 200011；2. 武汉海睿科创科技有限公司，湖北 武汉 430000；3. 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240）

摘 要：矿物粗颗粒的垂直管道输送对于深海采矿较为适用。实际深海采矿工程中，矿物颗粒并非单一粒径，而是以级配形式存在。而级配矿物颗粒在垂直管道输运过程中的变化规律探究较少。文中将计算流体动力学（computational fluid dynamics，简称 CFD）与离散元（discrete element method，简称 DEM）相结合，对初始速度、进料体积分数和颗粒级配等不同工况下的管道内输运机理进行了深入研究。无论何种工况，小中大3种颗粒的轴向速度均从小到大分布，是因为小颗粒更多的与壁面发生碰撞、摩擦而损失动能。3种颗粒的轴向速度随着初始速度（从2 m/s到4 m/s）和进料体积分数（从2. 5%到7. 5%）的增加而增大，而颗粒级配的变化对其影响不大。流场的湍动能和轴向流体速度随着初始速度和进料体积分数的增加而增大；而随着颗粒级配的变化（从1∶1∶1到1∶6∶1），湍动能减少，轴向流体速度基本不变。壁面剪应力随着初始速度和进料浓度的增加而增大又随着级配变化而降低。结论对于了解深海采矿输运机理、提升输运效率具有重要意义。

关键词：深海采矿；CFD-DEM；管道输运；级配粗颗粒；固液两相流

三气合采中天然气助排举升水合物浆液流动机理研究

唐 洋1，2，3，4，徐嘉庆1，2，付 强5，张吴镝1，2，王国荣1，2，3

（1. 西南石油大学 机电工程学院，四川 成都 610500；2. 西南石油大学 能源装备研究院，四川 成都 610500；3.油气藏地质及开发工程全国重点实验室，四川 成都 610500；4.怀柔实验室，北京 101407；5. 中海油研究总院有限责任公司，北京 100028）

摘 要：海洋天然气水合物试采过程中存在水合物产量低，在射流破碎工况下沉沙严重、返出液极少甚至失返等问题。为提高水合物产量，充分利用开采设备的价值，基于天然气水合物、浅层气、天然气藏纵向立体开发思想，提出了一种三气合采分层调控工程实施方案。基于气液两相流理论，考虑水合物自分解行为以及固相颗粒有效运移条件，建立了天然气水合物固态流化不同开采阶段下天然气助排举升水合物浆液数学模型，并对气液流动机理相关数学模型进行求解和验证，最终得到了三气合采分层调控工艺中天然气助排举升水合物浆液工艺图版。在水平段钻进阶段，钻井液流量大于13 L/s时，不需要额外注入气相即可保证固相颗粒的有效运移，注入气体可加速固相颗粒的运移，根据钻井液的泵入量，气相注入量范围为0~67 L/s；水合物破碎回收阶段，破碎流量在49~55 L/s内，不需要额外注入气相即可保证固相颗粒的有效运移，在水合物破碎流量范围内，气相注入量范围为0~129 L/s。该研究为提高水合物开采产量，加快实现水合物早期商业化开采，推进中国“双碳”战略目标的实现提供了参考和帮助。

关键词：三气合采；天然气水合物；气液两相流；水合物浆液；注气量

考虑土体破坏模式的深海采矿车履齿牵引力研究

李 浩1，2，席明帅3，陈峰落1，2，沙 飞3，卢 宇1，2，栾鲁宝3

（1. 招商局海洋装备研究院有限公司，广东 深圳 518067；2. 招商局深海装备研究院 （三亚） 有限公司，海南 三亚 572000；3. 中国海洋大学 工程学院，山东 青岛 266100）

摘 要：履带作为支撑采矿车在深海沉积物上开展采集作业的关键装备，其与沉积物间的相互作用复杂。目前的研究主要集中于履带的结构参数对牵引性能的影响，对土体破坏模式与牵引性能间关系的研究不足，且牵引力的计算较少考虑不同土体破坏模式。文章研究分析了不同接地比压与土体剪切强度条件下的牵引力及土体破坏模式变化规律，讨论了土体破坏与牵引力间的关系。研究表明：履齿高度相同，接地比压在 1~5 kPa范围内，最大牵引力随着接地比压的增加而增加；超过 5 kPa后，由于土体破坏面积的限制，最大牵引力趋向稳定。履齿高度在8~15 cm范围内，土体破坏面积随着履齿高度的增加而增加，对应最大牵引力也随之增加。土体剪切强度与竖向应力共同影响齿后土体破坏模式的发展，仅当土体剪切强度3. 20 kPa且接地比压为7、9 kPa时土体发生直剪破坏，土体剪切强度的增加和接地比压的降低使得破坏模式转变为楔形破坏。此外，文章计算了不同破坏模式下的土推力，为实际牵引力的预测提供参考。

关键词：深海采矿；牵引力；土体破坏模式；相互作用；土推力

基于机器学习的Kelvin源格林函数数值预报

周子轩1，朱仁传1，2，詹 可1

（1. 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240；2. 上海交通大学 海洋工程全国重点实验室，上海 200240）

摘 要：快速、准确地计算Kelvin源格林函数及其偏导数是求解船舶移动兴波问题的基础及核心，其主要困难源于远场波动项积分核的高频振荡。鉴于机器学习理论中多层感知机（multilayer perceptron，简称 MLP）的强大非线性映射能力，构建了针对Kelvin源格林函数及其偏导数的MLP数值预报模型。模型训练及测试所需的高精度数据样本均由自适应积分方法生成。为了充分利用样本信息，降低训练耗时，提出了一种基于收敛函数的创新采样策略，实现对近自由面区域的局部加密采样。数值分析结果表明，MLP模型预报精度良好，且效率显著优于自适应积分等数值方法。该模型不仅在兴波问题求解中有重要应用价值，也为机器学习在传统水动力领域的应用开辟了新的思路。

关键词：Kelvin源格林函数；远场波动项；高频振荡；多层感知机

恒温模式驱动下的二维微机电系统热膜式壁面切应力传感器水下标定试验研究

刘 祺1，夏明嫣1，庞 鹏2，徐 华1，成泽霖1

（1. 南京水利科学研究院 河流海岸研究所，江苏 南京 210024；2. 西北工业大学 机电学院，陕西 西安 710072）

摘 要：床面切应力的测量研究是推动泥沙运动理论进一步发展的关键。围绕新型恒温模式下热膜式壁面切应力传感器标定问题，对已有水下壁面切应力传感器标定装置进行了改进，提高了该装置的便利性与实用性，并且通过该装置进行了恒温模式驱动下的二维微机电系统（micro-electro-mechanical system，简称MEMS）热膜式壁面切应力传感器在不同水温下的水下大小与方向标定试验。研究表明：改进后的标定装置可成功实现不同水温下的壁面切应力传感器静态标定，恒温模式可驱动该传感器完成水下切应力测试；通过标定试验，构建了传感器不同温度下统一标定公式；经标定试验验证后的传感器灵敏度与准确性可以满足一般河口海岸工程对床面切应力的测量要求；该二维壁面切应力传感器能实现对壁面切应力角度的有效测量。标定后的传感器可应用于破碎波、波流等复杂海洋水动力条件下床面切应力的测量。

关键词：切应力；切应力传感器；泥沙运动；恒温模式；标定；试验

基于SFS混合反射模型的侧扫声呐图像三维重建

袁明新1，2，张 亮1，王以龙1，刘 维3

（1. 江苏科技大学 机械工程学院，江苏 镇江 212000；2. 张家港江苏科技大学产业技术研究院，江苏 张家港 215600；3. 中科探海 （苏州） 海洋科技有限责任公司，江苏 张家港 215600）

摘 要：基于明暗恢复形状（shape from shading，简称SFS）方法进行海底侧扫声呐图像三维重建时，会因为方法中反射模型与海底表面不相符而降低重建精度。为此文章在分析大陆架海底表面特点及侧扫声呐工作机理的基础上，提出了基于SFS混合反射模型的侧扫声呐图像海底地形重建方法。首先在保留Lambert漫反射模型的基础上引入Blinn-Phong镜面反射模型，并基于侧扫声呐图像粗糙度进行漫反射系数、镜面反射系数和镜面反射指数的自适应设计，从而形成适合复杂海底表面的混合反射模型；然后线性化处理辐射照度方程，并采用牛顿-拉夫逊方法来获得海底表面高程；最后根据海底点设计反演高程约束系数来约束表面高程，进而完成侧扫声呐图像的三维重建。试验测试结果表明，相较于其他三维重建方法，文中方法的平均绝对误差值VMAE平均降低了32. 18%、相关系数值VCC平均提高了29. 62%、信噪比值VSNR平均提升了27. 23%，有效实现了侧扫声呐图像三维重建。

关键词：侧扫声呐图像；明暗恢复形状方法；混合反射模型；三维重建

剪切流引发港口共振的数值模拟研究

陈俊毅1，王 岗1，付睿丽1，陶爱峰1，杨子原2

（1. 河海大学 港口海岸与近海工程学院，江苏 南京 210098；2. 国家海洋技术中心，天津 300112）

摘 要：如同空气吹过风琴引起其管内空气共振，流速较强的剪切流经过港口时也可能引发港口水面发生共振现象。Fabrikant从理论上给出了引发不同港口共振模态的剪切流流速解析解，但从未得到物理模型试验或数值模拟的验证。为此，基于NHWAVE数值模型，模拟不同剪切流引发的港口波动现象，检验Fabrikant所提理论的正确性。结果表明，剪切流抵达港口后将引发低模态水波共振，且共振波幅随着时间快速衰减。港内的最大振幅随着剪切流流速增大而增大，振荡持续时间随着剪切流流速增大而减小。在 Fabrikant理论预测可引发港口共振的剪切流流速条件下，并未出现持续的港口共振现象。因此，文中的研究证实任意流速的剪切流均可引发港口共振，但该共振是瞬态的，其波幅随时间快速衰减。

关键词：港口振荡；数值模拟；剪切流；NHWAVE