海洋工程水动力学基础及数值模拟方法主要讲授内容包括三大部分：海洋工程结构、海洋波浪环境、水动力学基础和数值计算原理。课程内容较为浅显，没有类似需要深入推导的理论或内容，从最本质出发解析海洋工程和水动力学。

本报告主要集中于课程内容学习过程中，相较于以前的新认识、新想法和新感悟等。

1.     海洋工程结构

海洋工程结构板块主要介绍的是海上石油平台，包括海上石油平台的发展和各种主要类型的分类。

从近岸固定式逐步到深海的浮式结构，如重力式、导管架式、张力腿式（TLP）、SPAR、FPSO等型式，逐个分析其选型原因和不足，对海上石油平台或类似的海上工程结构建立一个全面直观的认识。特别的，在SPAR的介绍中，记忆深刻的是由第一代到第二代的优化过程，为了应对SPAR垂荡运动过大的问题，在牺牲其下部储油空间的一部分，将其改在为带“垂荡板”型式，这样能很好的减小平台的垂荡运动。

因为个人课题组是研究关于海洋新能源的，特别是关于波浪能如OWC等。刚好此时阅读了一些阅读关于波能转换装置（WEC）与浮式防波堤集成的相关的研究文献，有很多的学者与团队在这上面做出了很多研究，主要问题集中在：提高浮式防波堤的消波能力（特别是长波）、提高所集成的WEC的能量转换效率、阵列型式等。所以，是否垂荡板能用于浮式防波堤、用于浮式WEC或两者的集成装置？

所以我在一次课题组组会上汇报了这个想法。直观想象上，如果垂荡板能很好的抑制某种波浪情况下的装置的垂荡运动（单个装置或集成装置），那浮式防波堤的波反射能力就更强；浮式OWC（或WEC）的腔室外壳减小垂荡，增加了气体相对运动也能增强其能量转换效率。理想状况是这样的，或许是可行的，能优化浮式防波堤、WEC及集成装置，至少，导师表示有道理。

其他内容包括海上风机的介绍。海上风机得益于海上石油平台的发展，固定式的没有比较大的问题，主要前沿的研究集中在浮式海上风机的优化；对于整个体系来说，海上风机最大的问题就是成本高，投入与产能不对等。总而言之，海上浮式风机、海上风机与其他海洋能装置同场或集成开发，这是当前的研究热点。

2.     海洋波浪环境

波浪环境，从最根本的开始，推理了波浪是如何从平静水面产生的。以前认为，波无非就是水平向的风吹起来的，其实不然，最初的水面高度差是因为温度的不均衡造成的气压差，是竖向的力最先引起的，水平向的风只是第二作用，不停的推动最初的水面差，直到其发展为常见的波形。所以我们分析现象还是不能太过凭直观感觉或常识。

特别的，我经常读到相关的研究论文，如“提高长周期波消波能力……”，看这些其中的数据或图时，有些5-10s认为是长周期，有些10-15s是长周期波……就十分的费解，难道在你测试集里的周期大的波浪就是长周期波？事实上，在实际海洋工程中，关注到的波浪都是关注于重力波，在风作用下的，一般常见周期是1-30s或3-20s的波浪，这样才符合波浪理论推导的前提假定，真正意义上的长周期波是周期大于5min的波。上述提到的如研究文献里的“长周期波”，应该指的是工程中常见的、周期较大的部分的波浪，应该不是严格意义上的“长周期波”，我们还是需要搞清楚严格的定义问题，避免将来犯错。

特别的，介绍了共振的定义。同样是我在读文献时，很多都说“这个效率突然变大是因为共振现象”、“这是防波堤与波浪的共振”……事先也是对共振问题一知半解，后来介绍，关键是理解“固有周期或固有频率”的概念。任何结构物，只要在某个方向可以进行周期运动，那它就有这个方向使得自然固有频率，最常见的比如防波堤的垂荡运动，当其垂荡运动自然频率与波的频率一致时，就会发生防波堤升高时，波面也升高，使得防波堤升高的比一般大很多，这就是防波堤的垂荡共振现象。更多的，比如看到浮式风机的相关文献，在验证模型正确性时，不论是采用物理模型实验方法还是数值模型实验方法，基本都会做一个验证，“自由衰减验证”，是为了获得并对比运动的自然固有频率，通常是6DoF运动的，即有6个方向的自然频率。

3.     水动力学基础

水动力学基础主要介绍了流体动力学的核心假设和基本控制方程，包括描述流体的不同观点如拉格朗日观点和欧拉观点。这部分内容对于学习过流体力学的知识来说的话是相对基础的，差不多完善和加深一下理论印象。

个人曾经看过Anderson的计算流体力学的一本著作，当时理解还不是那么深刻的，比如控制方程的积分微分形式、守恒形式、雷诺输运定理（1^st KTT）、爱因斯坦求和约定等内容。现在回头看，理解更为清晰了。特别是描述流体运动的观点，拉格朗日导数是如何由欧拉导数变换过来的这方面内容。

4.     数值计算原理

数值计算原理主要介绍了数值模拟是怎么开展的。

从工程问题出发，抽象出物理问题，在多个前提假设下，建模成数学问题，然后转变为计算问题，最后就是计算机计算。这部分与计算流体力学内容基本是差不多的，而计算流体力学主要集中于如何从数学问题到数值问题，如方程离散化方法等。

特别的，澄清了verification与validation的区别。在阅读文献时，我也注意到为什么有的写verification，而有的写validation，为什么有的是和别人的结果对比，而有的是与自己的实验对比。这两主要是回答两个问题，verification回答“对我建立的数学问题中的数值计算部分，能不能算对”，validation回答“我建立的数学问题，是不是符合我的工程问题或物理问题”，所以validation只能是与实验对比验证。

最后，除了以上内容外，还有宁老师授课内容，主要是讲解当前海洋工程，特别是波浪能的发展和研究方向，解读了几个硕士毕业课题，对确定自我的研究方向起到启示作用。