近自由水面水平板式防波堤消波特性及消波机理研究

近自由水面刚性水平薄板可作为一种新型的防波堤型式,文章通过应用完全非线性数值波浪水槽技术来探索这种型式防波堤的消波特性和消波机理.研究发现:水平板的浅水效应、透射波浪回流和板后波数分解成一系列高频短波是该种型式防波堤消波的三个重要原因.从工程应用的角度考虑,板的潜深与波高的比值以及板长与波长的比值是决定水平板消波的两个重要参数,合理地调整这两个参数,板式防波堤的透射系数可控制在0.2至0.5之间.由非线性数值模拟结果还可以发现,对于非常接近自由水面的水平板问题而言,会产生不少于3阶的高频短波,这说明用线性理论研究物体近自由水面问题是有局限性的.     

一种新型多结构复合消波装置的性能试验研究

反射波的抑制是提升波浪水槽试验性能的关键。通过物理模型试验,在不同波长、波高、水深条件下,探究多层变孔径倾斜孔板消波装置对波浪的消波性能影响,并通过耦合添加塑料网状结构、水平板以及三角消波网等装置模块优化其性能。试验结果表明：多层变孔径倾斜孔板消波装置倾斜角度越小,消波装置的消波效果越好。多结构复合体能显著提高多孔倾斜消波装置的消波性能,尤其是三角消波网的引入能够在装置前方有效地使波浪发生聚集破碎。从试验结果可以看出,其明显改善了装置的消波效果,尤其是对长周期波。试验中优化的最终装置形态将反射系数控制在较低的水平。     

弧墙-浮式防波堤水动力性能数值模拟

为提升浮式防波堤的消波性能，提出一种弧墙-浮式防波堤，基于不可压缩性流体理论和VOF方法，使用计算流体力学软件Star-ccm+建立二维数值模型，并验证数值模型的准确性。应用该数值模型对弧墙-浮式防波堤在不同水平宽度、相对高度及相对波高等条件下的水动力性能进行模拟研究，总结各参数对防波堤透射系数、反射系数及运动响应的影响规律，识别消波性能最优的防波堤结构参数。结果表明，透射系数随水平宽度的增大而增大，周期小于1.4 s时透射系数能稳定维持在0.6以下；反射系数在周期1.6 s或1.8 s时会有一定程度的减小；运动响应随水平宽度和相对高度的增大而增大。     

透空式双排圆筒防波堤消波性能数值模拟研究

双排圆筒防波堤是一种新型透空式防波结构,具有结构形式简单、利于水体交换、生态环境友好等优势,适用于软土地基海域的后方防护。双排圆筒防波堤利用前排桩、后排桩和后排挡浪板形成复杂的波浪掩护作用。为了研究该新型防波堤结构的消波性能,采用开源计算流体力学软件OpenFOAM,建立基于有限体积法和VOF模型的三维数值波浪水槽,开展了不同布置情况工况下的数值模拟。模拟结果表明,双排圆筒的消波性能受到前后排间距、前排圆筒间距等布置参数影响,模拟工况双排圆筒消波率在34%～50%。     

T型开孔防波堤消波性能研究

作为阻断海浪冲击力、保持水面稳定以及保证船舶安全的水中建筑物,防波堤是沿海港口的一个关键组成部分。基于有限体积法,研究和分析了T型开孔式防波堤消波性能。采用速度边界造波及源项消波技术,建立三维数值波浪水槽,波面求解方式使用VOF方法。同时对三维数值波浪水槽模型进行验证,模拟得到的波面历时曲线与理论值吻合良好。根据数值模型计算结果,得到T型开孔式防波堤对波浪的透射系数及反射系数。并探讨了T型开孔式防波堤的透射系数和反射系数与模型的相对宽度及入射波陡等因素的相互关系。     

不开孔式与迎浪侧半开孔式水平板防波堤消浪性能比较研究*

为了提升水平板防波堤的消浪性能与透水性能,设计一种迎浪侧半开孔式水平板防波堤。在不同相对板宽、潜深及波高条件下,通过物理模型试验研究不开孔式与迎浪侧半开孔式两种水平板防波堤的透射系数Kt、反射系数Kr及耗能系数Kh,系统对比两种水平板防波堤的消浪性能。结果表明,在试验参数条件下,迎浪侧半开孔式水平板防波堤的透射系数整体上小于不开孔式水平板防波堤,且两种水平板防波堤的透射系数均在相对板宽为0.166或0.212时达到最小值;两种水平板防波堤反射系数的变化趋势相近,迎浪侧半开孔式水平板防波堤的反射系数整体偏小;迎浪侧半开孔式水平板防波堤的耗散系数整体大于不开孔式水平板防波堤,在相对板宽为0.166或0.212时达到最大值。迎浪侧半开孔式水平板防波堤的消浪性能优于不开孔式水平板防波堤。     

新型浮筏式防波堤消波性能试验研究

基于利用水下斜坡促进波浪破碎,进而衰减波浪的理论,文章提出一种由钢筋笼和水囊组成的筏式浮式防波堤结构,并通过物理模型试验,对规则波作用下浮式防波堤的消波性能进行了研究。试验中观测了浮式防波堤迎浪侧和背浪侧波面的变化过程,并分析得到了防波堤对波浪的反射系数、透射系数以及能量衰减系数随着相对宽度的变化关系,探讨不同入射波浪条件下,结构的前端相对入水深度和相对倾斜宽度等参数对其消波性能的影响。研究结果表明,在防波堤宽度大于一倍波长时,透射系数可小于0.6,并且在试验范围内,增加结构迎浪侧的相对倾斜宽度可改善结构的消波性能。     

气幕式防波堤消波性能试验研究

本文通过在大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室的波浪水槽中进行的规则波物理模型试验,探讨了气幕式防波堤的消波机理及其影响因素.对不同入射波浪周期,供气量,气幕式防波堤的孔管型式等因素影响下气幕式防波堤消波性能的试验结果进行了分析和比较,分别给出了各因素影响下气幕式防波堤的透射系数以及反射系数的关系曲线.试验研究的结果表明,气幕式防波堤对短周期的入射波浪具有较好的消波效果.     

一种浮式梳式防波堤的消浪性能试验研究

针对一种新型的浮式梳式防波堤的消浪性能进行模型试验研究,试验模型采用固定结构形式,分析相对宽度、相对波高、水流速度和不规则波等因素对透射系数、反射系数和耗散系数的影响。研究结果表明：浮式梳式防波堤的消浪性能较为稳定,在波长较大的情况下,该型防波堤的消浪性能优于相同尺寸的方箱式防波堤;当相对宽度为0.20～0.27时,透射系数能达到最小值;在波与流共同作用下,同向水流会削弱波浪的消浪性能;在相同波浪参数下,不规则波的透射系数要略高于规则波的透射系数。     

新型浮式防波堤水动力特性试验与数值研究

针对一种新型浮式防波堤开展水池物理模型试验,在规则波和不规则波中考察波浪的浪向角、波高和周期对防波堤消波性能的影响。基于CFD软件建立了三维数值模型,取得了与模型试验比较一致的结果,验证了数值方法的可行性。数值和试验结果表明,在不同浪向角下新型防波堤的消波效果不相同,波高变化对消波效果的影响较小,而波浪周期对消波效果影响较大,周期越小,消波效果越好。对于周期不大于6s的波浪,该新型防波堤能达到超过50%的消波效果。该新型防波堤型式和数值计算方法可为后续浮式防波堤设计选型和分析提供参考。     

双层开孔斜挡板透空式防波堤消浪性能研究

针对一种新型双层开孔斜挡板透空式防波堤消浪性能问题,研究挡板开孔率和挡板倾斜角度对防波堤消浪性能的影响。采用物理模型试验方法,得出其反射和透射系数、波能分布和堤后波幅频谱特征结果。结果表明,斜挡板开孔率越大,防波堤透射系数也越大,但在试验范围内,透射系数均小于0. 5;该类型防波堤对波浪有较好的消能性,对较长周期波以反射为主,较短周期波以消浪室消能为主,整体透射系数较短周期波略大;防波堤设计斜挡板比平挡板透射系数小,具有更好的消浪性能,最小透浪仅为后者的39%。     

新型柔性浮堤消浪性能的综合试验研究

针对柔性浮式防波堤对短波、长波均有较好掩护效果的优点,提出一种圆木阻尼式柔性浮式防波堤结构。通过二维水槽中规则波物理模型试验,研究该柔性浮式防波堤在有无浮板时的消浪性能,并对试验结果进行对比分析。结果表明:该柔性浮式防波堤对短波、长波都有良好的消波效果,有浮板柔性浮堤优于无浮板柔性浮堤。     

长周期波浪下双浮箱浮式防波堤消浪性能*

长周期波作用下浮式防波堤消浪性能的研究对于浮式防波堤的工程应用起着重要作用。基于开源软件OpenFOAM,采用RANS方程和SST k-ω紊流模型模拟流场,通过重叠网格方法实现波浪-浮式防波堤相互作用的模拟。移植并应用MOODY程序库,构建二维流固耦合双浮箱数值波浪水槽模型。通过已有物理模型进行验证,证明模型的可靠性。进而开展单双浮箱消浪性能对比研究,分别研究波高、浮箱个数、浮箱间距和锚链刚度对浮箱消浪性能的影响。得出结论：1）波高增加时浮箱消浪性能提高;2）为提高消浪性能,应尽可能采用双浮箱（或者多浮箱）缩短浮箱间距;3）增加锚链刚度也可以提高浮箱的消浪性能。     

新型捕能消波浮式防波堤数值模拟与试验研究

采用数值模拟和物理试验研究方法,研究了新型捕能消波浮式防波堤savonius型桨叶两种布置形式的捕能及消波性能。利用STAR-CCM+数值仿真软件,通过调用重叠网格、时间二阶离散、增加数值迭代的方法,建立了浮式防波堤三维水动力模型并进行数值模拟。研制了该防波堤物理试验系统,测试浮式防波堤捕能消波性能,综合分析数值模拟与物理试验的结果。结果表明,该新型浮式防波堤在桨叶转动频率与波浪频率相近时捕能功率最大,桨叶并列布置方式的消波性能比桨叶垂直布置方式更为优越。     

多刚体组合式新型浮式防波堤消波性能数值模拟分析

为提高浮式防波堤的消波性能,在传统方箱型浮式防波堤的基础上,提出了基于多体耦合运动理论的新型浮式防波堤构型。基于有限体积法建立浮式防波堤消波性能数值计算模型,并通过模型试验验证了数值计算方法的准确性。在此基础上,对规则波作用下不同多体耦合的新型浮式防波堤构型进行数值模拟,分析其水动力性能及消波性能。数值结果表明,新型浮式防波堤内部的多体耦合运动加剧了入射波能量的耗散,使得其消波性能比传统方箱型浮式防波堤更加优良,新型浮式防波堤的横荡、横摇和垂荡幅值也小于方箱型浮式防波堤,同时得到了多刚体铰接组合式防波堤中铰接刚体数量对其消波性能的变化规律,为浮式防波堤设计及工程应用提供技术支撑。     

潜式双层水平板型防波堤的数值研究

基于VOF方法建立了波浪与潜式双层水平板型防波堤相互作用的数值模型。数值研究了潜式双层水平板型防波堤的透射系数和波浪力。综合考虑了相对板宽B/L、相对波高H/D、波陡H/L、相对板间距S/D和相对潜深d/D等影响因素,给出了透射系数和波浪力荷载随这些影响因素的变化规律。为了方便工程实际应用,拟合出了透射系数和总竖向波浪力的计算公式。公式计算结果与试验结果进行了对比,二者吻合良好。     

幕墙式防波堤水动力特性的数值模拟研究

基于CFD开源程序库OpenFOAM,采用不可压缩粘性两相流模型,以VOF方法捕捉自由面,利用速度入口边界造波法造波,通过添加松弛因子的方式消波,建立二维数值波浪水槽,模拟分析幕墙式防波堤的水动力特性。利用物理模型试验数据,验证数值模拟结果的可靠性。数值算例表明:当消浪室相对宽度为0.08～0.10,下垂板相对吃水深度为0.09～0.12时,幕墙式防波堤消浪效果最好;下垂板底角的方向对消浪效果影响较小,但对下垂板受力影响较大,综合考虑消浪效果与波浪力,推荐下垂板底角位于右下端;下垂板周围存在明显的涡旋,能够有效耗散入射波能量。文章所建立的二维数值模型可以有效模拟波浪与幕墙式防波堤的相互作用,为工程优化设计提供科学指导。     

双层水平板型透空式防波堤消波性能试验研究

用两块相同尺寸的水平板结构作为一种防波堤,上层板位于自由水面处,下层板在其下某一深度处。对此形式防波堤进行了一系列的消浪效果试验研究,利用得到的反射系数和透射系数来反映此结构的消波性能,考查了相对板宽,相对水深和相对板间距及波陡对反射系数和透射系数的影响。     

基于Savonius桨叶的浮式防波堤捕能消波性研究

针对海浪运动产生的巨大波浪能,设计一种Savonius桨叶与双浮筒式防波堤组合的波浪能转换模型.为了研究该新型防波堤的捕能性能和消波性能,对模型结构参数优化设计,基于试验数据进行插值拟合获得模型的最佳入水深度,再对模型在不同入射波波高和不同波浪周期条件下进行组合测试,对测得的捕获功率、透射系数等数据进行分析.基于黏性流...     

新型浮式植物体消浪试验

针对一种浮式植物消浪装置的消浪效果展开试验研究,在植物高度大于波高的前提下,分析其在规则波作用下消浪效果的影响因素,通过大量水槽试验给出了植物消浪装置透射系数及反射系数与植物密度、植物带相对宽度、波陡之间的关系。研究结果表明,该浮式植物消浪装置具有良好的消浪效果,在植物带高度大于波高的前提下,植物带密度和相对宽度是影响消浪效果的最重要因素。