杭州湾潮汐特征时空变化及原因分析

潘存鸿1,2，郑  君1,2，陈  刚1,2，贺成奇1,2，唐子文1,2

（1. 浙江省水利河口研究院，浙江 杭州  310020；2. 浙江省河口海岸重点实验室，浙江 杭州  310020）

摘要：杭州湾是世界著名的强潮河口湾，一直是研究的热点。基于杭州湾口内外实测潮汐资料，对杭州湾潮汐特征及时空变化进行了系统分析，包括高潮位、低潮位、平均潮位、潮差、涨潮历时以及天文潮变化，同时分析了20世纪80年代以来潮汐特征变化的原因。结果表明：最近50年来，杭州湾年平均高潮位和海平面抬高，潮差增大；澉浦年平均低潮位抬高，涨潮历时缩短，浅海分潮增大；钱塘江河口治江缩窄是造成杭州湾潮汐变化的主要因素；浙江和邻近海域的涉海工程可能是造成浙江沿海海平面上升的主要原因之一。 

关键词：杭州湾；潮汐特征；时空变化；海平面；治江缩窄

均匀流作用下三立柱轻型半潜式生产平台涡激运动特性数值研究

田辰玲1,2,3，吕海宁1,2,3，王  晋1,2,3,4，刘明月1,2,3，白彦彬4

（1. 海洋工程国家重点实验室（上海交通大学），上海  200240；2. 高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海  200240；3. 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海  200240；4. 北京高泰深海技术有限公司，北京  102200）

摘要：三立柱轻型半潜式生产平台是一种新型多功能高效平台，可广泛用于中等水深及深水边际油气田开发。但在一定的来流条件下，立柱后方会产生漩涡脱落，导致平台发生涡激运动现象，从而影响平台的海上作业。基于分离涡模拟 (Detached Eddy Simulation, 简称DES)方法，对具有三立柱和深吃水特点的非传统型半潜式生产平台的涡激运动响应特性开展数值模拟研究，从运动响应幅值和频率、运动轨迹及水动力系数等多个角度分析其在不同流向角和不同折合速度下涡激运动响应的关键特征和锁定范围。研究表明，三立柱轻型半潜式生产平台的横向运动响应由其受到的脉动升力主导，在折合速度 区间内发生锁定现象，且在180°流向角时幅值达到最大，约为立柱直径的59%；首摇运动在0°流向角时达到最大响应幅值4.9°，且锁定区内的响应频率接近其首摇运动固有频率；其运动轨迹主要表现为沿着横向的直线往复运动。

关键词：三立柱；轻型半潜式生产平台；涡激运动；数值模拟

基于重叠网格方法浮筒涡激运动特性数值分析

谢康迪1，2，赵伟文1，2，万德成1，2

(1.上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院 海洋工程国家重点实验室，上海  200240；2.高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海  200240)

摘要：浮筒被广泛应用在海洋工程中，研究浮筒的涡激运动对于减少其对海洋平台构件的疲劳损坏具有指导意义。传统的动网格方法在处理浮筒转动运动时会因网格变形过大导致计算不收敛，采用了重叠网格方法以解决这一问题。数值实验采用了基于开源工具包OpenFOAM自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器。本文分别进行了自由衰减数值实验和涡激运动数值实验。研究表明，随着折合速度的增加，浮筒的顺流向、横流向、垂荡和艏摇运动频率增加，且顺流向与垂荡频率相近，横流向与艏摇频率相近；其次，根据涡量场分布，表明浮筒前一时刻的泻涡会影响到浮筒之后时刻的周向涡量分布；最后，研究发现自由端对于浮筒尾流场泻涡有着显著影响，为将来探究减少浮筒涡激运动的方法提供指导。

关键词：重叠网格方法；SST-DDES；浮筒；涡激运动；naoe-FOAM-SJTU

基于有限元分析的卷管法管道安装实时研究

李  英，李婧一，刘志龙

（天津大学 建筑工程学院 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津  300350）

摘要：采用卷管法铺设管道时，管道和铺设设备之间的接触作用十分复杂，并且管道在弯曲过程中将会产生塑性变形并可能发生局部屈曲，导致管道失效。基于有限元模型（FEM）实时模拟卷管法安装的整个过程，研究管道与铺设设备之间的接触作用；分析管道对于环境载荷和船体运动的动态响应；获得管道的应力应变值以校核局部屈曲。研究结果表明，管道弯矩大部分来源于管道与安装设备间的接触作用，而环境载荷及船体运动对管道的弯曲应力影响较小。

关键词：卷管法；安装；接触作用；有限元分析

基于物理造波和主动消波的黏性数值波浪水槽开发

余  阳1,2，周同明2，段梦兰1，赵天奉1，孙成功1，周学军3

（1.中国石油大学（北京） 安全与海洋工程学院，北京  102249；2. 西澳大学 土木环境和采矿工程学院，澳大利亚 珀斯  6009；3.中海油研究总院工程研究设计院，北京  100028）

摘要：基于推板造波理论和摇板造波理论，在OpenFOAM平台上采用重叠网格技术建立黏性数值波浪水槽，并使用一种结合SIMPLE算法和PISO算法的PIMPLE算法对数值模型进行求解。利用开发的数值模型通过数值收敛性测试和网格独立性测试分别重点研究了时间步长、库朗数和网格尺寸对数值精度和计算效率的影响。并对比研究了此数值模型分别嵌入层流模型和湍流模型的计算精度和计算效率。实现的规则波和二阶有限振幅波与理论结果和试验结果吻合，验证了此黏性数值波浪水槽的造波和主动消波功能。基于二维数值波浪水槽，进一步研究了三维数值造波，数值计算结果与理论结果吻合良好。研究结果不仅验证了重叠网格在二维和三维两相流体域中求解运动物体与流场交互的可靠性和正确性，而且为使用此黏性数值波浪水槽解决更复杂的海洋工程问题提供了依据。

关键词：OpenFOAM；重叠网格；物理造波；主动消波；数值波浪水槽；三维造波

欧洲北海海域波高区间分布概率研究

童  波1，张九鸣2，邹  丽2,3，赵  建2，孙铁志2

（1. 中国船舶工业集团公司第七〇八研究所，上海  200023；2. 大连理工大学 船舶工程学院，辽宁 大连  116024；3. 高技术船舶与深海开发装备协同创新中心，上海  200240）

摘要：为了研究欧洲北海海域的波高全区域概率分布情况，从而为海洋平台等海洋浮式结构物的选址和结构设计提供依据。首先基于Global Waves Statistics(GWS)提供的实测数据，确定典型计算工况的发生概率；同时考虑实测数据中极端波浪环境下的数据缺失导致大波高分布概率偏小的问题，利用三参数Weibull分布确定不同重现期下的极值风速，作为典型计算工况的补充。以不同风速、风向的定常风场为输入项，利用第三代海浪数值模型SWAN模型，对北海全区域波高进行数值模拟。将数值模拟的稳态形式依照各工况的发生概率进行归一化累加处理，认为其结果可以表征全区域的波高概率分布情况。以波高概率分布的计算结果为依据，分析北海海域波浪环境的统计学特征，发现有效波高为7m以上的大波高频发区在北海北部区域有大范围分布；有效波高4-5m为北海东北区域的多发海况，极端海况下的有效波高主要分布于7-14m区间，在地形突变区域的波高发生显著变化。

关键词：欧洲北海；波高概率分布；SWAN模型；极值风速；Weibull分布

波浪与起伏水平板防波堤相互作用数值模拟

王贤梦，赵西增，付  丁

（浙江大学 海洋学院，浙江 舟山  316021）

摘要：利用自主研发的基于紧致插值曲线CIP方法(Constrained Interpolation Profile) 的数学模型，开展规则波与起伏水平板防波堤相互作用的数值模拟研究。模型在笛卡尔直角坐标下建立，以CIP方法为流场基本求解器，分步求解Navier-Stokes(N-S)方程，利用高精度的流体体积类型的THINC/SW (tangent of hyperbola for interface capturing with slope weighting)方法重构自由液面，采用浸入边界IBM方法 (immersed boundary method)处理波浪与起伏板防波堤的耦合作用问题，通过动量源项造波方法模拟波浪的产生。重点关注波浪的浅水变形和板两端涡旋脱落的非线性现象，分析不同潜深、波要素下的板周围流场分布、板的运动响应和波浪的反透射系数。结果表明：起伏水平板主要通过能量反射、板上浅水变形和板两端的涡脱落消能，能有效减小板后波高，具有作为防波堤的可行性。

关键词：起伏水平板；防波堤；CIP方法；透射系数；浅水变形；涡旋脱落；消能

考虑冲刷影响的筒型基础竖向极限承载力研究

陆罗观，刘  润，练继建，陈广思

（天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津  300350）

摘要：大直径宽浅式筒型基础，阻水宽度大，在位工作期间受波浪海流作用，其周围土体易被冲刷。为研究单侧地基土体受冲刷后筒型基础的竖向极限承载力变化，通过引进冲刷率的概念，采用有限元方法研究了不同冲刷率下筒型基础的竖向极限承载力；并基于Meyerhof理论建立了计算不同冲刷率下筒型基础竖向极限承载力的极限平衡方法。研究结果表明，随着冲刷率增大，筒型基础的极限承载力出现不同程度的下降，当冲刷率为0.8时，即筒型基础单侧土体冲刷深度达6.4m时，筒型基础的竖向极限承载力折减率为3.28%。建立的极限平衡算法可准确计算冲刷条件下筒型基础的竖向极限承载力。

关键词：筒型基础；冲刷率；极限承载力；竖向；粉质黏土；极限平衡方法

台风作用下海上风机基础结构安全评价

朱彬彬1，王  滨1，李玉刚2，楼敏俊3，夏  露1，施  勇4

（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州  311122；2.大连理工大学，辽宁 大连  116024；3.中国国际航空股份有限公司浙江分公司，浙江 杭州  311207；4.江苏海上龙源发电有限公司，江苏 南通  226000）

摘要：海上风机结构在运营期内可能面临极端风浪、地震等荷载作用。因此，极端工况作用下海上风机局部和整体结构反应将成为结构设计以及安全评价的重要参数。采用半整体方法，以桩基泥面最大位移、结构杆件极端承载力以及桩基抗压、抗拔承载力为判定指标，基于塑性可靠度理论，系统研究台风条件下运营期内海上风机基础结构可靠度指标变化规律，得出潜在的基础结构失效模式及相应判定指标。由本文研究可得，台风条件下运营期内海上风机基础结构各可靠度将显著受到基础冲刷、海生物生长和结构腐蚀的影响，并且结构失效模式将由单一模式破坏发展为多种模式联合失效。

关键词：海上风机；台风；半整体方法；塑性可靠度指标；失效模式

一种基于改进蚁群优化算法的载人潜水器全局路径规划

史先鹏1,2，解方宇1，张波涛1

（1.杭州电子科技大学 自动化学院，浙江 杭州  310018；2.国家深海基地管理中心 科技处，山东 青岛 266237）

摘要：基础蚁群优化算法在解决复杂障碍环境下的载人潜水器路径规划问题时，易过早收敛于局部最优解，信息素挥发系数的设置过于依靠经验，路径规划结果受概率影响大且不稳定。为此，提出了一种改进蚁群算法用于解决载人潜水器的全局路径规划问题。该算法提出“路径延伸块”的概念。算法前期采用动态更新信息素参数的蚁群优化算法进行简单迭代计算获得原始路径，并对原始路径进行栅格延伸以得到“路径延伸块”；后期在路径延伸块中再次使用蚁群算法或其他寻优算法（本文以Dijkstra算法为例）寻找最优路径。本文改进的算法与基础蚁群优化算法相比，算法效率及稳定性更高，不易收敛于局部最优解，能更好地适应U型槽环境和复杂障碍环境。

关键词：载人潜水器；路径规划；蚁群优化算法；Dijkstra算法

典型海上升压站地震储备承载系数研究

孙震洲1, 2，金伟良2，方  滔1，俞华锋1

（1. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州  311122；2. 浙江大学 建筑工程学院，浙江 杭州  310058）

摘要：海上升压站是海上风电场中不可或缺的组成部分，其结构型式与传统的海上油气平台有所差异，完全套用现有抗震分析方法可能使结构设计不经济。由于地质条件特点不同，国外海上风电场鲜有位于高地震烈度区的案例，因此当前有关海上升压站抗震设计的理论和经验也不充分。针对我国首个位于高地震烈度区内的海上升压站，建立精细化有限元模型，利用非线性静力推覆分析方法，并结合敏感性分析结果与工程实际情况给出其地震储备承载系数的合理化取值，为今后典型海上升压站的抗震设计提供参考与借鉴。

关键词：海上升压站；抗震设计；推覆分析；储备承载系数

Truss Spar平台在波流联合作用下运动响应预报方法比较

许国春，石  凡，刘肖佐，朱克强

（宁波大学 海运学院，浙江 宁波  315211）

摘要：基于细长体水动力模型比较了Truss Spar平台在波流联合作用下运动响应预报的三种方法。分别采用波流耦合、速度叠加及力叠加计算Truss Spar平台在波流联合作用下的水动力载荷，根据流场水质点运动规律和Truss Spar外部形状特点，分段高效计算水动力载荷。利用Runge-Kutta-Fehlberg方法求解刚体非线性运动方程得Truss Spar在波流场中的运动响应。研究结果表明力叠加法所预报的Truss Spar纵荡和纵摇运动明显大于其他两种方法的相应运动响应预报结果，而波流耦合法与速度叠加法所预报的纵荡与纵摇运动响应幅值相当，三种方法所预报的垂荡运动响应的大小取决于具体波流参数。

关键词：Truss Spar；运动预报；细长体模型；数值研究

局部随机点蚀下圆管截面极限强度退化规律

王仁华，郭海超

(江苏科技大学 土木工程系，江苏 镇江  212003)

摘要：针对构件外表面局部区域遭受随机点蚀损伤的圆管截面，考虑点蚀随机特性的影响，建立包含点蚀坑细节的精细有限元模型；在多种腐蚀强度下，研究局部腐蚀的点蚀区分布位置(沿轴向和周向分布位置变化)及其形状(点蚀区长度和宽度独立或联合变化)影响轴压极限强度退化的规律；并比较局部随机点蚀与局部均匀腐蚀引起构件极限强度退化的差异。研究结果表明，尽管局部随机点蚀与最大初始几何缺陷的耦合作用会使极限强度的退化趋于严重，但是总体而言点蚀区分布位置变化对圆管极限强度的退化没有显著的影响。此外，同等腐蚀体积和腐蚀面积下，相比于长窄式局部腐蚀，短宽式局部腐蚀会引起更严重的极限强度退化，在严重腐蚀情形下后者导致的强度退化会高出25.5%；相比于局部均匀腐蚀，局部随机点蚀会导致更剧烈的极限强度退化，其不利影响可高出20.7%。

关键词：局部腐蚀；随机点蚀；圆管截面；极限强度；点蚀损伤；强度退化

海洋温差能发电装置中冷水管动力性能分析

司东洋1,2，吕海宁1,2，陈  刚1,3，肖龙飞1,2

（1. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海  200240；2. 高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海  200240；3. 中国船舶及海洋工程设计研究院，上海  200011）

摘要：不考虑波浪、海流以及平台运动的作用，研究管内流动对冷水管动力性能的影响。基于悬臂输液管道梁模型，通过轴向流速比α、流速角比ψ和切向流速比φ三个进流口流场参数描述自由端边界条件，获得冷水管在内流作用下的控制方程。从流体动力项对管道做功的角度分析发现，φ对管道失稳的临界流速有很大的影响，并且φ=0被认为是对进流口流场的正确描述；然而，通过Galerkin法分析发现，φ=0的进流口流场模型不能解释进流口压降Δp对动态失稳基本没有影响的试验现象。相反，φ≠0的进流口流场模型在使得进流口压降Δp的影响几乎为零的同时，还能够获得较大的临界流速，与Kuiper观察的试验现象相符。切向流速比φ的正确评估是准确预测临界流速的前提条件。

关键词：冷水管；动态失稳；进流口流场参数；临界流速；进流口压降

一种新型鲸鱼式潮流能发电装置的设计与试验研究

王世明1，李泽宇1，申  玉1，陈  炳2

（1.上海海洋大学 工程学院，上海  201306；2.陈久海洋生物集养有限公司，浙江  202450）

摘要：为了进一步提高潮流能的利用率，提出了一种新型鲸鱼式潮流能发电装置。借鉴风机叶片设计方法及水平轴水轮机的设计原理，利用结构力学、流体力学和CFD相关方法，对该装置的螺旋桨叶、导流筒和固定桩等部件进行了设计研究，从获能效果、装置可靠性和发电功率等方面进行了优化设计，并通过900 W样机试验验证了设计的有效性。试验结果显示，海流高潮期时装置最大发电功率可达到980 W，一天内大约有4个缓潮期，此间发电功率明显下降，但持续时间不长，总体平均发电功率在800 W上下；同时潮流能轮机启动流速在0.41 m/s左右，有着良好的低速启动性能。

关键词：潮流能；发电功率；鲸鱼式；发电装置；获能效率

辽东湾海洋工程可靠性设计的海冰参数选取

马玉贤1，关  湃2，许  宁1，许有良1，袁  帅1，刘永青1，于福祥3

（1.国家海洋环境监测中心，辽宁 大连  116023；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津  300459；3. 大连测控技术研究所，辽宁 大连  116013）

摘要：海冰参数的合理取值是海洋工程海冰灾害风险评估的重要内容。利用1950—2018年的冰情等级（5个等级）数据，进行了1950—2018、1950—1990、1991—2018三种情景下的回归分析，确定了不同时期的冰情等级概率分布密度函数。利用鲅鱼圈雷达观测站2002—2017年的海冰现场实测资料，分别对鲅鱼圈附近海域一般冰厚、最大冰厚、最小冰厚进行概率分布拟合。基于上述概率分布结果，给出不同冰情等级的重现期，进而对海冰作业条件给出的设计参考值进行评价。结果表明：1990年以后2级、3级冰情重现期相对1990年之前变小，4级、5级冰情重现期相对1990年之前变大，规范给出重现期范围已不能代表辽东湾冬季海冰情况。本研究成果可为辽东湾海洋工程可靠性设计提供重要数据支撑。

关键词：辽东湾；海冰参数；概率分布；重现期；可靠性设计

分汊河口地貌演变对整治工程的响应

缴  健，高祥宇，丁  磊，张新周

(南京水利科学研究院 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室，江苏 南京  210029）

摘要：以概化分汊河口为研究对象，针对两汊中长期地貌演变对整治工程响应的问题，采用平面二维数学模型对整治工程前后分别进行20年地貌演变模拟。分析结果表明：整治工程对落潮含沙量影响较大，工程汊道落潮分沙比有显著下降；整治工程主要导致工程汊道坝田区淤积和航道冲刷，同时也增加了非工程汊道的冲刷及淤积厚度；工程后工程汊道淤积量增加，冲刷量减小，冲淤总量减小，非工程汊道淤积量不变，冲刷量增加，冲淤总量增加。

关键词：概化分汊河口；数学模型；整治工程；含沙量；分沙比；地貌演变