发布时间： 2025-01-06 点击次数：

在本学期中，我有幸参加了海洋工程水动力学及数值模拟方法这门课程的学习。这门课程不仅让我对海洋工程水动力学及数值模拟有了更深入的理解，还为我提供了许多宝贵的思考和学习机会。通过这门课程，我收获了许多知识，同时也对自身研究生之后的发展有了新的认识。以下是我对这门课程的总结以及我在学习过程中的一些收获和感悟。

在张老师的课程中，我们先是了解了海洋工程的定义，我们对于海洋工程进行了初步的了解。海洋工程是指以开发、利用、保护、恢复海洋资源为目的，并且工程主体位于海岸线向海一侧的新建、改建、扩建工程。我们首先从海洋石油平台开始了解，这是海上石油勘探、钻井、采油的工具。而不同行业专业定义的指标不同，所以在设计时，应考虑不同的形式。导管架平台是由金属导管架组成的平台，他也是最普遍最古老的平台，上宽下窄，最深极限达到-412米，同时还具有造价低的优势。自升式平台，它上部甲板是船体，该平台所有结构在船厂预制，有几条船拖到目的地将腿向下放，持续向下扎，直到顶到土上，将船抬起，直到其成为类似重力式的，反过程可拆质重复利用。重力式平台由多根混凝土大圆柱组成，可以降低成本，从而将油罐里的油抽到甲板上，对海床的要求高，如果海床由砂泥组成，则容易发生液化，冲刷。顺应塔式，类似导管染式，不要求深水处，但钢架更适用范围在450m～900m，会主动适应环境。

工程中应减小波浪对结构的力，具体方法就是在水面附近的结构面积应足够的细，并减小波浪压力。张力腿将半潜式平台压向水下，此时浮力＞重力。在下方张拉钢腿，松开之后，此时腿动力成功将腿与海床紧紧连在一起。spar平台类似一个圆柱，重心在水面以下，易产生涡激振动将一个大圆柱变成多个小圆柱可减小涡激振动，仅用于深水。FPSO船体中有多油舱，甲板上有化工厂可直接处理、即插即用可避险适用于边际油田.其接口是最核心的东西让船头时着浪是安全（在船和系泊系统之间加轴承）适用于30m～3000m，但是缺点在于成本极高。海洋平台退役再利用：与风机结合，与养殖结合

我们接着学习了海洋波浪环境，首先定义了大气压是什么，大气压反映的是该处垂直向上取圆柱的空气重量.海面上的不同表面会有气压差原因是温度升高，气压低，风对波浪的力由摩擦力、推力组成。其跨越波浪在后方形成旋涡。然后介绍了色散关系，也叫弥散关系，它表达了在波浪运动中，角频率波数和水深之间的关系，他们不是独立的，而是存在一定的关系。三者中定义一个量，另外两个量随着一个量的变化，另一个量也会有一种趋势变化。随着不同的波长的波在传播中逐渐分离开来，这个现象就叫波的色散现象。我们还了解了波浪传播的性质分为横波、纵波、轨道波（混合波）。随着波浪传播的还包括物质与能量。

波浪破碎具有三种波破碎的形式分别为崩破波、卷破波和激破波。它们在波浪传播过程中由于水深变化或其他因素导致波浪形态发生剧烈变化。崩破波通常发生在水底坡度较缓的情况下，波浪的破碎从波峰顶部开始，形成一片白色的浪花区域。卷破波则发生在水底坡度中等的情况下，波浪的前沿面首先变得陡立，然后卷曲成舌状并向下翻卷，破碎过程中伴随着空气的卷入。激破波多见于水底坡度较大的情况，波浪在波峰前沿根部开始破碎，波峰前沿部分呈非常杂乱的破碎状态，并沿斜坡上爬。这三种波浪破碎类型对海岸带的影响各有不同，崩破波和卷破波对海岸线的侵蚀作用较强，而激破波可能导致更复杂的水流动力学现象。

我们还探讨了极端波如何形成？老师说有人认为是由于波浪聚焦导致的。我认为极端波浪的形成是一个复杂的过程，其中涉及多种因素和机制的相互作用。在海洋中，波浪的非线性特性会导致波浪之间的相互作用，例如Benjamin-Feir不稳定性，使得波浪在微弱的扰动下能量重新分布，从而形成极端波浪。此外，波浪在传播过程中可能会遇到海底地形的变化，如浅滩或海沟，这些地形会聚焦波浪能量，使其在特定区域集中，进而产生极端波浪。同时，风和流的相互作用也会影响波浪的形态和能量分布。强风作用下，波浪能量不断积累，波浪变得更加陡峭，而波流相互作用可能导致波浪形态的剧烈变化。在复杂的海洋环境中，波浪可能从多个方向传播并相遇，这种多向波浪的叠加效应也会导致波浪能量的集中，形成极端波浪。这些因素共同作用，使得极端波浪在特定条件下突然出现，并使其具有很大的破坏力和不可预测性。对于波浪折射，我们了解到波浪折射是指当波浪从深水区传播到浅水区时，由于水深的变化导致波浪的传播方向发生偏转的一种现象。这种现象类似于光波在不同介质中的折射。当波浪进入浅水区时，波速会减小，因为浅水区的水深较浅，波浪的底部受到海底的摩擦和阻力，使得波浪的传播速度降低。由于波浪的传播速度在浅水区减小，波浪的波向线会逐渐转向与等深线平行的方向，最终趋向于与岸线垂直。而这种偏转是由于波浪在不同水深下的传播速度差异造成的，类似于光波在不同介质中的折射现象。

我们还对流体力学进行了了解和学习，从基础力学开始讲起所有力学公式均基于：质量守恒、动量守恒、能量守恒定律。流体可以自由到达某个点，而固体不一定有这个能力，流体分为气体液体，两者区别在于可压缩性。那如何判断流体是否可压缩？马赫数（Mach number）：马赫数是一个无量纲数，用于表示物体在流体中运动的速度与该流体中声速的比值。它以奥地利物理学家恩斯特·马赫的名字命名。当马赫数小于1时，流体流动是亚音速的；当马赫数接近1时，流动是跨音速的；当马赫数大于1时，流动是超音速的。声音的传播体现了介质的可压缩性。我们还从怎么描述流体的运动分析出两种方法。拉格朗日说明该位置这个点每时每刻测出来都是一速度（稳定流）steady Flow．若液体不可压，密度对时间为常数。拉格朗日法是流体力学中描述流体运动的一种方法，也称为随体法或跟踪法。它通过跟踪流体中的每一个质点，每个质点在运动过程中一直保持自身形状不变，研究这些质点的物理量（如位置、速度、加速度等）随时间的变化规律，来描述流体的运动。具体来说，拉格朗日法以某个流体质点为研究对象，观察该质点在流场中从一点移动到另一点时，其运动参数的变化。在拉格朗日法中，流体质点的位置坐标是时间的函数，通过对时间求导数，可以得到质点的速度和加速度。我们还了解到了欧拉法。欧拉法在流体力学中也是一种重要的描述流体运动的方法，它通过在固定的参考坐标系中观察流体的运动特性来进行研究。这种方法的核心在于将流体的速度、压力等视为场，即这些物理量是空间坐标和时间的函数。

欧拉法的基本思想是将流体运动的描述从质点的运动转变为场的描述。在欧拉法中，我们关注的是流体在空间中各个固定点上的运动状态，而不是追踪单个质点的轨迹。这种方法的优点在于可以方便地处理复杂的流场问题，尤其是在流体运动的全局特性研究中。

在数值模拟中，欧拉法被广泛应用于求解流体运动的偏微分方程。通过离散化空间和时间，欧拉法可以将连续的流体运动问题转化为离散的数值问题。例如，在计算流体力学（CFD）中，欧拉法常用于模拟流体的流动特性，如速度场和压力场的分布。这种方法的数值实现通常涉及到对流体运动方程的离散化，如动量守恒方程和能量守恒方程的离散化。

尽管欧拉法在许多方面具有优势，但它也有一些局限性。例如，欧拉法忽略了流体的粘性效应，因此在处理粘性流体或边界层问题时可能不够准确。此外，欧拉法在处理多相流问题时，可能需要结合其他方法来进行更准确的模拟。

我还了解到工程问题的的求解过程是：工程问题→物理→数学→数值（边界问题）→算术问题→数值解。而解析解则是一个数学表达式。求定积分数值可以采用矩形面积法，只需知一个点，第二个是梯形面积法需要知道两个点，第三个是辛普森法，求解用泰勒展开。而如何解非线性方程的解可以采用二分法逐渐逼近，或者使用牛顿法。数值微分的解法可以采用这两种：插值和拟合。

插值：线严格经过各点位置。

拟合：点不定过线，近似一下得到各点的趋势。

在本学期的海洋工程水动力学及数值模拟课程中，我不仅系统地学习了水动力学的基本理论，还深入掌握了数值模拟技术在海洋工程中的应用。课程内容涵盖了流体运动的基本方程到海洋工程方面创新的论点，让我对海洋环境中各种水动力现象有了全面的理解。特别是对波浪的分析，让我认识到它们在海洋工程设计和施工中的重要性。

课程中的案例分析环节也让我受益匪浅。通过对工程项目的剖析，我学会了如何将理论知识与工程实践相结合。这不仅增强了我的工程意识，也让我对海洋工程的复杂性和挑战性有了更深刻的认识。然而，在学习过程中，我也发现自己在某些方面还存在不足。例如，对于一些高级数值方法的理解还不够深入。此外，在实际操作中，我对一些专业软件的熟练度还有待提高。针对这些不足，我制定了未来的学习计划。首先，我将深入学习相关文献和教材，加强对高级数值方法的理解和掌握。其次，我计划参加一些相关的培训课程和研讨会，以提高自己的专业技能和实践能力。同时，我也会积极参与实际工程项目，将所学知识应用于实际工作中，积累更多的工程经验。

总之，海洋工程水动力学及数值模拟课程为我奠定了坚实的理论基础和实践技能，感谢宁老师和张老师细心地为我们讲解这门课程，这让我对海洋工程有了更深入的理解。未来，我希望能够将所学知识应用于实际工程项目中，为海洋资源的开发和海洋环境保护做出贡献。我相信，通过不断的学习和实践，我将能够在学术道路中取得更大的进步，为推动我国海洋工程事业的发展贡献自己的力量。