王旭,林忠義,尤云祥
(1.上海交通大學(xué)海洋工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海200240;2.嘉興南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江嘉興314003)
Spar平臺(tái)是當(dāng)今深海資源開發(fā)中的主力深海平臺(tái)之一,由于通常永久系泊于特定海域進(jìn)行作業(yè),海洋環(huán)境對(duì)其安全性有很大影響,因此必須對(duì)其在各種海洋環(huán)境中下的水動(dòng)力性能進(jìn)行研究[1]。南海油氣資源豐富,已成為我國深海資源開發(fā)的主戰(zhàn)場(chǎng),但南海內(nèi)孤立波活動(dòng)頻繁。1990年,在流花油田就曾發(fā)生過因內(nèi)孤立波導(dǎo)致纜繩拉斷、船體碰撞,甚至拉斷和擠破漂浮軟管的事故[2]。同年,在南海陸豐油田也發(fā)生過因內(nèi)孤立波導(dǎo)致半潛鉆井船與錨定油輪在連接輸油管道時(shí)發(fā)生困難等問題[3]。因此,內(nèi)孤立波已成為南海深海資源開發(fā)中需要考慮的海洋環(huán)境因素之一。內(nèi)孤立波是一種最大振幅發(fā)生在密度穩(wěn)定層化海洋內(nèi)部的波動(dòng),由于非線性和色散效應(yīng)在一定尺度上的平衡,在其傳播過程中可以保持波形和傳播速度不變,一般地可以用 KdV(Korteweg-de Vries)、eKdV(extended KdV)[4]和MCC(Miyata-Choi-Camassa)[5]等理論模型來描述。這3類理論中弱非線性和弱色散這2個(gè)條件僅僅為定性描述,為此,黃文昊等以系列實(shí)驗(yàn)為依據(jù)給出了這兩個(gè)條件的定量表征方法[6]。
直立圓柱型結(jié)構(gòu)是Spar等各種深海平臺(tái)的主體結(jié)構(gòu)形式,因此研究內(nèi)孤立波作用下直立圓柱體的載荷特性,具有現(xiàn)實(shí)的理論和工程意義。程友良等[7]和蔡樹群等[8-9]將Morison公式與KdV理論結(jié)合,而Xie等[10]則將Morison公式與MCC理論結(jié)合,研究了內(nèi)孤立波作用下直立圓柱體的載荷特性問題。尤云祥等[11-12]將Morison公式與eKdV理論結(jié)合,研究了內(nèi)孤立波作用下張力腿和半潛式平臺(tái)的載荷與動(dòng)力響應(yīng)問題,而宋志軍等[13]則將Morison公式與KdV理論結(jié)合,研究了內(nèi)孤立波作用下Spar平臺(tái)的載荷與動(dòng)力響應(yīng)問題。需要指出的是,在這些文獻(xiàn)中,關(guān)于Morison公式中慣性力和拖曳力系數(shù)都是參照表面波的方法選取的,但這種選取方法缺乏理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。為此,黃文昊等以系列實(shí)驗(yàn)為依據(jù)對(duì)圓柱型結(jié)構(gòu)及張力腿平臺(tái)給出了這兩個(gè)系數(shù)的選取方法[14-15]。計(jì)算流體力學(xué)(computational fluid dynamics,CFD)應(yīng)用方面,關(guān)輝等[16-18]分別利用 KdV、MCC、eKdV 理論解作為初始條件,采用CFD方法分別研究了內(nèi)孤立波作用下水下潛體和海洋立管的載荷特性等問題。但需要指出的是,在這些文獻(xiàn)中,由于沒有考慮KdV、eKdV和MCC理論的適用性條件等問題,致使其數(shù)值模擬結(jié)果均不同程度地出現(xiàn)了內(nèi)孤立波振幅及其波形不可控等問題。
鑒于此,本文采用Navier-Stokes方程,結(jié)合文獻(xiàn)[6]中提出的KdV、eKdV和MCC理論的適用性條件,建立振幅及其波形可控的內(nèi)孤立波CFD數(shù)值模擬方法。對(duì)內(nèi)孤立波與直立圓柱體的相互作用特性進(jìn)行數(shù)值模擬,進(jìn)而分析內(nèi)孤立波作用下直立圓柱體各種載荷成分的形成機(jī)理及其影響程度,直立圓柱體對(duì)內(nèi)孤立波的波形及其流場(chǎng)特性的影響,以及Morison公式的適用性等問題。
考慮兩層流體中內(nèi)孤立波與直立圓柱體的相互作用問題。設(shè)各層均為不可壓流體,上層流體深度與密度分別為h1和ρ1,下層流體深度與密度分別為h2和ρ2。內(nèi)孤立波為平面前進(jìn)波,界面位移為ζ,沿ox軸正方向傳播,圓柱體直徑為D,吃水為d。建立直角坐標(biāo)系oxyz,其中oxy平面位于流體靜止時(shí)兩層流體的界面上,oz軸與圓柱體中心軸重合且以豎直向上為正。
采用求解Navier-Stokes方程的方法對(duì)內(nèi)孤立波誘導(dǎo)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,其中流場(chǎng)控制方程為
式中:(u1,u2,u3)為速度,p為動(dòng)壓力,t為時(shí)間,ρ為流體密度,當(dāng) ζ<z<h1時(shí),ρ=ρ1;當(dāng)-h2<z<ζ時(shí),ρ=ρ2。
將圓柱體直立置于兩層流體中,圓柱體壁面取為無滑移不可穿透邊界條件,而水面和水底要求滿足如下壁面條件:
流場(chǎng)計(jì)算的控制區(qū)域如圖1所示,包括內(nèi)孤立波生成傳播區(qū)和消波區(qū)2個(gè)區(qū)域。采用速度入口方法生成內(nèi)孤立波,當(dāng)造波區(qū)中形成穩(wěn)定的內(nèi)孤立波后,對(duì)所生成內(nèi)孤立波的傳播特性進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析,并對(duì)直立圓柱體的內(nèi)孤立波載荷進(jìn)行計(jì)算。設(shè)相速度為c,則其誘導(dǎo)上下層流體中的層深度平均水平速度分別為[5]
速度入口處速度分布為:在上層流體入口處,速度取為u-
1;在下層流體入口處,速度取為u-2。在內(nèi)孤立波生成與傳播過程中,兩層流體的界面會(huì)發(fā)生變化,采用VOF(volume of fluid)方法追蹤兩層流體界面的變化。利用海綿層消波方法對(duì)水槽尾部的內(nèi)孤立波進(jìn)行消波處理,該方法在消波區(qū)中通過在動(dòng)量方程右端添加源項(xiàng)-μ(x)ui的方式實(shí)現(xiàn),其中μ(x)為海綿層衰減系數(shù)。
圖1 數(shù)值水槽示意圖Fig.1 Schematic diagram of numerical flume
直立圓柱體的內(nèi)孤立波水平力由摩擦力和壓差力組成:
直立圓柱體的內(nèi)孤立波垂向力同樣由表面摩擦力和壓差力組成,如下:
式中:S為直立圓柱體浸濕側(cè)表面積;式中第一項(xiàng)為直立圓柱體側(cè)表面和底部的載荷摩擦力;第二項(xiàng)為直立圓柱體側(cè)表面的載荷壓差力;Ut為表面切向速度,(nx,ny,nz)為直立圓柱體表面法向分量,正方向指向直立圓柱體內(nèi)部。
在數(shù)值模擬中,如何選擇合適的內(nèi)孤立波理論來計(jì)算入口速度是一個(gè)需要解決的關(guān)鍵問題。為此,定義非線性參數(shù) ε=a/h和色散參數(shù) μ=(h/λ)2,其中λ為內(nèi)孤立波特征寬度。根據(jù)上下層流體深度、密度及內(nèi)孤立波振幅等條件,利用KdV、eKdV和MCC理論解,分別計(jì)算相應(yīng)的內(nèi)孤立波非線性參數(shù)ε和色散參數(shù)μ,根據(jù)文獻(xiàn)[6]中3類內(nèi)孤立波的適用性條件,入口速度(3)的計(jì)算方法如下。
利用商業(yè)軟件Fluent進(jìn)行數(shù)值模擬與分析。采用有限體積法離散動(dòng)量和連續(xù)性方程,對(duì)流項(xiàng)離散采用QUICK(quadratic upstream interpolation for convective kinetics)格式,壓力插值格式采用徹體力加權(quán)(body force weighted)方法,壓力速度耦合迭代采用PISO(pressure implicit with splitting of operators)算法,兩層流體界面的構(gòu)造方法選用幾何重構(gòu)法。初始時(shí)間步長為Δt=0.005 s,計(jì)算過程中根據(jù)每個(gè)時(shí)間步長的收斂情況逐漸增加時(shí)間步長以縮短計(jì)算時(shí)間。
文獻(xiàn)[14]利用大型密度分層水槽,對(duì)內(nèi)孤立波作用下直立圓柱體的載荷特性進(jìn)行了系列實(shí)驗(yàn)。其中,圓柱體直徑D=0.15 m,吃水d=0.535 m,實(shí)驗(yàn)水槽長為30 m,水深為1 m,上下層流體密度分別為ρ1=998 kg/m3和ρ2=1 025 kg/m3,上下層流體深度比分別為h1∶h2=1 ∶9、2 ∶8、3 ∶7,本文將結(jié)合該文獻(xiàn)中的相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)值模擬與分析。為此,數(shù)值水槽主尺度、上下層流體密度及其深度比均與該文一致。在數(shù)值模擬中,內(nèi)孤立波生成傳播區(qū)的長度為18 m,而消波區(qū)的長度為12 m,圓柱體中心軸距速度入口端9 m。計(jì)算區(qū)域采用六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行離散,沿圓柱體周向的單元數(shù)為80個(gè),總的單元數(shù)量為1 468 472個(gè)。
對(duì)內(nèi)孤立波生成傳播特性進(jìn)行數(shù)值模擬與分析。在利用CFD方法對(duì)內(nèi)孤立波進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí),流體粘性對(duì)其生成與傳播特性的影響是一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的重要問題。為此,在數(shù)值模擬中考慮了如下兩種情況:一種為考慮流體粘性的情況,運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)取為ν=1.0×10-6m2/s,稱為 N-S模擬;另一種為不考慮流體粘性的情況,即運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)取為ν=0,稱為Euler模擬。
圖2中給出了當(dāng)h1∶h2=3∶7和ad/h=0.101時(shí),采用N-S方程和Euler方程對(duì)內(nèi)孤立波生成與傳播特性的數(shù)值模擬結(jié)果,其中ad為內(nèi)孤立波設(shè)計(jì)振幅。由圖可知,在入口處上層流體向右而下層流體向左運(yùn)動(dòng)過程中,為保持流體質(zhì)量的守恒,上層流體產(chǎn)生向下塌陷現(xiàn)象,形成一個(gè)下凹型鼓包;在約化重力作用下凹型鼓包逐漸形成一個(gè)向水槽右方傳播的內(nèi)孤立波,在有粘和無粘兩種情況下,數(shù)值模擬所得內(nèi)孤立波在其傳播過程中均保持波形穩(wěn)定、振幅衰減很小,沒有明顯的尾波現(xiàn)象。結(jié)果表明,在有粘和無粘兩種情況下,數(shù)值模擬所得內(nèi)孤立波振幅與其設(shè)計(jì)振幅的相對(duì)誤差均在5%以內(nèi),因此對(duì)內(nèi)孤立波的CFD數(shù)值模擬,采用基于N-S和Euler方程的兩種方法均是合適與可靠的。為此,在下文中,如無特別聲明,所有數(shù)值模擬均是在有粘情況下進(jìn)行的。
圖2 兩種不同模擬工況下內(nèi)孤立波數(shù)值模擬結(jié)果Fig.2 The numerical results for internal solitary wave waveforms between two cases
圖3 內(nèi)孤立波波形數(shù)值模擬結(jié)果與理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較Fig.3 Comparisons of the numerical results for internal solitary wave waveforms with theoretical and experimental ones
圖3給出了在3種工況下,內(nèi)孤立波波形的數(shù)值模擬結(jié)果,并與相應(yīng)理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較,實(shí)驗(yàn)結(jié)果取自文獻(xiàn)[14]。其中,工況A為h1∶h2=3∶7和ad/h=0.101,此時(shí)內(nèi)孤立波為中等非線性和弱色散的,選擇eKdV理論計(jì)算入口速度;工況B為h1∶h2=2∶8和ad/h=0.052,此時(shí)內(nèi)孤立波為弱非線性和弱色散的,選擇KdV理論計(jì)算入口速度;工況C為h1∶h2=1∶9和ad/h=0.086,此時(shí)內(nèi)孤立波為強(qiáng)非線性和弱色散的,選擇MCC理論計(jì)算入口速度。結(jié)果表明,在各工況下,數(shù)值模擬所得內(nèi)孤立波的波形,不僅與初始內(nèi)孤立波理論解波形一致,而且與實(shí)驗(yàn)所得波形吻合,這表明依據(jù)3類內(nèi)孤立波理論的適用性條件,采用本文所述數(shù)值模擬方法所得內(nèi)孤立波的波形是準(zhǔn)確可控的。
為后文陳述方便,記Fx、Fz和My分別為內(nèi)孤立波作用下直立圓柱體的水平力、垂向力及其力矩,其中力矩轉(zhuǎn)動(dòng)中心至圓柱體底部距離為d-=d+0.15。定義和分別為無因次內(nèi)孤立波水平力、垂向力及其力矩。
圖4 內(nèi)孤立波無因次水平力、垂向力及其力矩幅值數(shù)值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較Fig.4 Results of numerical and experimental amplitudes for dimensionless loads(horizontal forces,vertical forces,torques)due to internal solitary waves
圖5給出了在A工況下,內(nèi)孤立波無因次水平力、垂向力及其力矩時(shí)歷的數(shù)值模擬結(jié)果,并與文獻(xiàn)[14]中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。由圖可知,直立圓柱體內(nèi)孤立波載荷時(shí)歷數(shù)值結(jié)果與實(shí)驗(yàn)時(shí)歷結(jié)果吻合,表明采用本文所述直立圓柱體內(nèi)孤立波載荷的計(jì)算方法合理可行。結(jié)果同時(shí)表明,對(duì)水平力、垂向力絕對(duì)值及其力矩,在內(nèi)孤立波波谷到達(dá)直立圓柱體中心軸之前的某個(gè)時(shí)刻達(dá)到其最大值,在該時(shí)刻之前隨時(shí)間增加而增大,在該時(shí)刻之后則隨時(shí)間增大而減小;在A工況下,直立圓柱體底部始終位于內(nèi)孤立波的波面下方,由于在波面下方內(nèi)孤立波誘導(dǎo)水平速度方向與其傳播方向相反,因此波面下方的流體動(dòng)壓力是負(fù)的,從而導(dǎo)致直立圓柱體的垂向力是負(fù)值。
圖5 Case A工況內(nèi)孤立波無因次水平力、垂向力及力矩時(shí)歷特性Fig.5 The time-variant characteristics for dimensionless loads(horizontal forces,vertical forces,torques)due to internal solitary waves for Case A
下面考慮直立圓柱體內(nèi)孤立波水平和垂向力中壓差力和摩擦力兩種成分的特性。在圖6中,給出了A工況下,內(nèi)孤立波無因次水平壓差力Fpx及其摩擦力fx,無因次垂向壓差力Fpz及其摩擦力fz時(shí)歷特性的數(shù)值模擬。結(jié)果表明,無論是直立圓柱體內(nèi)孤立波水平力還是垂向力,摩擦力與壓差力相比都是一個(gè)小量,可以忽略。這意味著直立圓柱體內(nèi)孤立波水平和垂向力的主要成分為壓差力。
圖6 內(nèi)孤立波無因次壓差力及摩擦力時(shí)歷特性Fig.6 The time-variant characteristics for pressure forces and friction forces due to internal solitary waves
對(duì)直立圓柱體的內(nèi)孤立波水平和垂向壓差力,可以進(jìn)一步將其分為波浪壓差力和粘性壓差力兩個(gè)部分。其中,波浪壓差力與內(nèi)孤立波誘導(dǎo)的水質(zhì)點(diǎn)波動(dòng)有關(guān),可以采用Euler模擬方法得到;粘性壓差力為由于流體粘性效應(yīng)導(dǎo)致的壓差力增量,將N-S模擬所得壓差力減去波浪壓差力即得粘性壓差力。在圖7中,給出了在A工況下,內(nèi)孤立波無因次水平波浪壓差力及其粘性壓差力,無因次垂向波浪壓差力及其粘性壓差力時(shí)歷特性的數(shù)值模擬。結(jié)果表明,對(duì)直立圓柱體內(nèi)孤立波水平壓差力,其波浪壓差力和粘性壓差力量級(jí)相當(dāng);對(duì)直立圓柱體內(nèi)孤立波垂向壓差力,其粘性壓差力與波浪壓差力相比是一個(gè)小量,可以忽略。這意味著對(duì)直立圓柱體的內(nèi)孤立波水平力必須考慮流體的粘性效應(yīng),但對(duì)其垂向力則可以忽略流體的粘性效應(yīng)。
圖7 內(nèi)孤立波無因次波浪壓差力及粘性壓差力時(shí)歷特性Fig.7 The time-variant characteristics for wave pressure forces and viscous pressure forces due to internal solitary waves
基于兩層流體KdV、eKdV和MCC理論解的適用性條件,以Navier-Stokes方程為流場(chǎng)控制方程,以內(nèi)孤立波在上下層流體中誘導(dǎo)的深度平均水平速度作為入口條件,建立了內(nèi)孤立波與直立圓柱體強(qiáng)非線性作用的數(shù)值模擬方法。結(jié)果表明:
1)該方法對(duì)直立圓柱體內(nèi)孤立波水平力、垂向力和力矩幅值及其時(shí)歷變化特性的數(shù)值模擬結(jié)果與相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,可以用于內(nèi)孤立波與海洋浮式結(jié)構(gòu)強(qiáng)非線性作用的數(shù)值模擬。
2)直立圓柱體內(nèi)孤立波水平和垂向力由波浪壓差力、粘性壓差力和摩擦力組成。其中,水平摩擦力、垂向摩擦力及其粘性壓差力均很小,可以忽略。
3)水平力的主要成分為波浪壓差力和粘性壓差力,而垂向力的主要成分為波浪壓差力。對(duì)于直立圓柱體內(nèi)孤立波水平力必須考慮流體的粘性效應(yīng),但對(duì)于其垂向力則可以忽略流體的粘性效應(yīng)。
[1]黃維平,白興蘭,孫傳棟,等.國外Spar平臺(tái)研究現(xiàn)狀及中國南海應(yīng)用前景分析[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2008,38(4):675-680.HUANG Weiping,BAI Xinglan,SUN Chuandong,et al.State of the art of studies on spar platforms abroad and outlook of their application in the South China Sea[J].Periodical of Ocean University of China,2008,38(4):675-680.
[2]陳景輝.南海流花11-1深海油田開發(fā)工程[J].中國海洋平臺(tái),1996,11(1):43-45.CHEN Jinghui.Liuhua 11-1 deepwater fields development project in the South China Sea[J].China offshore Platform,1996,11(1):43-45.
[3]BOLE J B,EBBESMEYER C C,ROMEA R D.Soliton currents in the South China Sea:measurements and theoretical modeling[C]//The 16th Offshore Technology Conference.Houston,America,1994:367-376.
[4]HELFRICH K R,MELVILLE W K.Long nonlinear internal waves[J].Ann Rev Fluid Mech,2006,38:395-425.
[5]CHOI W,CAMASSA R.Fully nonlinear internal waves in a two-fluid system [J].J Fluid Mech.,1999,396:1-36.
[6]黃文昊,尤云祥,王旭,等.有限深兩層流體中內(nèi)孤立波造實(shí)驗(yàn)及其理論模型[J].物理學(xué)報(bào),2013,62(8):084705:1-14.HUANG Wenhao, YOU Yunxiang, WANG Xu, et al.Wave-making experiments and theoretical models for internal solitary waves in a two-layer fluid of finite depth[J].Acta Phys.Sin.,2013,62(8):08475:1-14.
[7]CHENG Y L,LI J C,LIU Y F.Recent Advances in fluid Mechanics[M].Berlin:Springer,2004.
[8]CAI S Q,LONG X M,GAN Z J.A method to estimate the forces exerted by internal solitons on cylinder piles[J].O-cean Engineering,2003,30(5):673-689.
[9]CAI S Q,LONG X M,WANG S G.Force and torques exerted by internal solitions in shear flows on cylinder piles[J].Applied Ocean Research.2008,30(1):72-77.
[10]XIE J S,JIANG Y J,YANG L G,et al.Strongly nonlinear internal solution load on a small vertical circular cylinder in two-layer fluids[J].Applied Mathematical Modelling,2010,34(8):2089-2101.
[11]尤云祥,李巍,時(shí)忠民,等.海洋內(nèi)孤立波中張力腿平臺(tái)的水動(dòng)力特性[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2010,44(1):12-17.YOU Yunxiang,LI Wei,XIANG Zhongmin,et al.Hydrodynamic characteristics of tension leg platforms in ocean internal solitary waves[J].Journal of Shanghai Jiaotong University,2010,44(1):12-17.
[12]尤云祥,李巍,胡天群,等.內(nèi)孤立波中半潛平臺(tái)動(dòng)力響應(yīng)特性[J].海洋工程,2012,30(2):1-7.YOU Yunxiang,LI Wei,HU Tianqun,et al.Dynamic responses of a semi-submersible platform in internal solitary waves[J].The Ocean Engineering,2012,30(2):1-7.
[13]宋志軍,勾瑩,滕斌,等.內(nèi)孤立波作用下Spar平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)[J].海洋工程,2010,32(2):12-19.SONG Zhijun,GOU Ying,TENG Bin,et al.The motion responses of a Spar platform under internal solitary wave[J].The Ocean Engineering,2010,32(2):12-19.
[14]黃文昊,尤云祥,王旭,等.圓柱型結(jié)構(gòu)內(nèi)孤立波載荷實(shí)驗(yàn)及其理論模型[J].力學(xué)學(xué)報(bào),2013,45(5):1-13.HUANG Wenhao,YOU Yunxiang,WANG Xu,et al.Internal solitary wave loads experiments and its theoretical model for a cylindrical structure[J].Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics,2013,45(5):1-13.
[15]黃文昊,尤云祥,王竟宇,等.張力腿平臺(tái)內(nèi)孤立波載荷及其理論模型.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2013,47(10):1494-1502.HUANG Wenhao,YOU Yunxiang,WANG Dingyu.Internal solitary wave loads and its theoretical model for a tension leg platform[J].Journal of Shanghai Jiaotong University,2013,47(10):1494-1502.
[16]關(guān)暉,蘇曉冰,田俊杰.分層流體中內(nèi)孤立波數(shù)值造波方法及其應(yīng)用[J].力學(xué)季刊,2011,32(2):218-223.GUAN Hui,SU Xiaobing,TIAN Junjie.Numerical method of solitary wave generation in a stratified flow and its applications[J].chinese quarterly of mechanics,2011,32(2):218-223.
[17]高原雪,尤云祥,王旭,等.基于MCC理論的內(nèi)孤立波數(shù)值模擬[J].海洋工程,2012,30(4):29-36.GAO Yuanxue,YOU Yunxiang,WANG Xu,et al.Numerical simulation for the internal solitary wave based on MCC theory[J].The Ocean Engineering,2012,30(4):29-36.
[18]陳杰,尤云祥,劉曉東,等.內(nèi)孤立波與有航速潛體相互作用數(shù)值模擬[J].水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展,2010,25(3):344-350.CHEN Jie,YOU Yunxiang,LIU Xiaodong,et al.Numerical simulation of interaction of internal solitary waves with a moving submarine[J].Chinese Journal of Hydrodynamics,2010,25(3):344-350.