天科院大比尺波浪水槽的建设与应用前景

交通运输部天津水运工程科学研究院于2014年7月建成一座大比尺波浪试验水槽,该水槽长450 m、宽5 m、深8~12 m,目前是世界上尺度最大和造波能力最强的波浪试验水槽。文章首先分析了国内外大比尺波浪水槽的现状,并简要介绍了德国、日本、荷兰和中国台湾地区的大比尺波浪水槽,进一步结合天科院大水槽的功能设计及相关设施,分析了天科院大水槽的应用前景。     

全球最大波浪实验水槽首次实验成功

<正>本刊从交通运输部天津水运工程科学研究院获悉,2014年7月29日,现今全球最大规模的大比尺波浪水槽成功进行了首次实验——新型双箱浮式防波堤结构稳定和消浪效果原型实验。该大型水动力实验中心大比尺波浪水槽长450 m、宽5 m、深8~12 m,能产生3.5 m的波浪和20 m3/s的水流,能进行1:5到1:1的大比尺模型试验,是目前世界上尺度最大、造波能力最强的波浪试验水槽。大型水动力实验中心将建设成为     

水运工程中物理模型试验造波机的发展与应用

文中首先对模型试验中造波机的分类和发展历程进行梳删,进而对交通运输部天津水运工程科学研究院所拥有的水槽造波机、水池造波机、L型造波机以及大比尺水槽造波机进行了介绍,最后分析了造波机的日常维护和保养措施。     

基于LabVIEW的水槽造波机控制系统的开发

以天津大学海岸工程实验室长×宽×高=90 m×2 m×1.8 m的双轴推板式波浪水槽为对象,开发基于LabVIEW的造波机控制系统。该系统包括造波计算、运动控制、状态监视以及数据采集等部分,实现在水槽造波机上的多轴同步控制。该系统可以实现多种规则波和不规则波的模拟,具有友好直观的人机界面,操作方便。对于虚拟仪器技术及LabVIEW在造波机控制领域的应用具有重要意义。     

波浪生成研究和实验教学用水槽系统设计

针对波浪生成研究和波浪生成实验教学需要,基于摇板式造波机生波技术设计一种波浪生成研究和教学用水槽系统。利用该水槽系统进行规则波生成实验、不规则波生成实验、规则波重复性实验,结果表明,此水槽系统满足实验研究和教学需要。     

水路绿色建设与灾害防治国际科技合作基地

<正>水路绿色建设与灾害防治国际科技合作基地(下称"国合基地")于2014年10月被科技部认定为示范型国际科技合作基地,依托单位为交通运输部天津水运工程科学研究院。国合基地拥有国际先进的大比尺波浪试验水槽、"L"型港池造波机、海港内河综合模拟实验厅等科研大设施和先进的波浪、水流、泥沙测试仪器设备以及数值模拟软件,拥有交通运输行业水运领域专家领衔的一流的科研团队。国合基地十分重视国际科技合作和学术交流,与美国休斯顿大学合作开展港湾突发性溢油应急及生态修复技术合作,利用天科院大比尺波浪水槽开展围油栏性能测试试验研究,提出围油栏功效综合     

分段式造波机生成斜向波浪特性的理论研究*

分段式造波机是实验室模拟真实海浪以及研究波浪特性的重要设备。单元造波板的相对宽度和波浪周期是影响分段式造波机生成波质量的重要因素。通过数值模型研究分段式造波机生成斜向波浪的理论特性,分析了波浪周期与相对造波板宽度对波浪传播的影响,总结分段式造波机的有效区域范围的变化规律,可为实际试验提供参考。     

基于FLUENT的垂向二维数值波浪水槽的造波效果

建立精准的数值波浪水槽需要选取合适的造波方法、波浪方程和网格尺寸。利用FLUENT流体力学模型,采用源项法、推板法、速度边界法3种造波方法,分别建立不同网格尺寸和波陡条件下的数值波浪水槽。结合相应的波浪理论,比较采用各造波法的数值一阶线性波和二阶Stokes波、三阶Stokes波效果,得出数值波传播特点、适宜网格尺度及波陡对数值波效果影响。结果表明,源项造波法造波的波高沿水槽衰减最快,对网格尺寸变化最敏感;推板造波法数值造波效果最好;速度边界造波法计算效率最高,数值波高沿水槽衰减速度最小;在数值水槽的波浪传播有非线性作用影响,导致即使造波是线性波,传播到一定距离后,波面也有非线性变形。     

具有ARC功能的摇板式造波机的应用研究

船舶试验科学的发展促进了水池试验水平的提高,采用具有ARC(主动式消波)技术的造波系统会有效地吸收各种反射波,明显提高水池的波浪模拟质量.本文针对摇板式造波机,对主动反射吸收造波原理进行推导,提出了适用于规则波和不规则波的摇板式造波机的主动消波方法,并在水槽中设计出一套用于ARC造波的计算机控制单元板造波装置,最后通过试验结果对这种方法进行了主动消波的验证.     

江苏科技大学船舶工程实验室——波浪水槽

<正>波浪水槽长40m,宽0.8m,深1m。造波机推板行程±350mm,频率范围0.2～2.0Hz,最大波高400mm。造流系统采用1台7.5kW双向轴流泵,采用变频控制器调速,最大流速0.3m/s。测试仪器有浪高仪、水流流速仪、压强测试仪、总力测试仪器等,在添加风机和盖板后也可以造风,能满足工程上的试验要求。     

单向不规则波群的实验室模拟和分析

文章基于改进的波包谱经验公式,建议了单向不规则波群的数值模拟方法,模拟实例表明,只要给定波要素及描述波浪群性的高度特征参数和长度特征参数,即可通过此波包谱方便地模拟出同时满足给定高度和长度两方面群性特征要求的不规则波群.在此基础上,给出了在水槽指定位置处产生不规则波群的造波板控制信号计算方法,在实验室成功地模拟了同时满...     

非线性波浪水槽内波浪的产生和传播

文章在波浪水槽内通过数值模拟和物理实验相结合的方式,研究了波浪的产生和传播问题。在高阶谱计算模型中引入数值造波边界条件,建立了非周期谱波浪水槽。基于该水槽研究了具有不同波要素波浪的产生和传播问题,通过与理论解的比较验证了数值结果的正确性。结果表明线性波浪理论可预测具有较小Ursell数波浪的传播,而随着Ursell数的增大,波浪的运动可用二阶波浪理论解来描述。最后通过数值模拟结果和实验结果比较,验证了数值水槽的有效性,分析表明,波面升高及其对应振幅谱的计算结果与实验数据吻合较好。     

波浪作用下陡坡和缓坡地形对护岸工程的影响

波浪是护岸工程设计的主要动力因素,实际工程建设中,港区内航道、港池的开挖形成陡峭边坡,会使作用在护岸上的波浪形态发生显著变化,从而对护岸结构产生不同影响。为探寻不同波浪形态下护岸越浪量及波压力等变化规律,通过波浪水槽断面试验,测量了斜坡式护岸堤前波高、胸墙越浪量和波压力,研究陡坡和缓坡地形对护岸的影响。结果表明,护岸前存在陡坡和缓坡地形时,波浪对护岸的作用有明显差别。在陡坡段护岸,波浪主要在护岸中部破碎;缓坡段护岸,波浪主要在护岸上部破碎。相对而言,陡坡段护岸的堤前波高较小,越浪量较少,胸墙水平力变大,浮托力变小。由于反浪弧的影响,胸墙水平力试验值远大于规范计算值,浮托力与规范值较为接近。     

透空式防波堤透浪的数值模拟

基于FLUENT求解器,以N-S方程为控制方程,采用动量源方法及追踪自由面的VOF方法,建立了同时具有造波和消波功能的数值波浪水槽。利用该数值水槽对透空堤的透浪、越浪问题进行数值模拟,并与物理模型试验进行比较,结果表明:数值模拟能较好地复演防波堤越浪、透浪过程。     

基于OpenFOAM开源程序的无反射数值波浪水槽

基于计算流体动力学开源程序OpenFOAM,通过在质量守恒方程中添加质量源来实现域内源造波,结合VOF法捕捉自由表面,并采用阻尼消波,建立了二维无反射数值波浪水槽。算例结果表明,所建立的二维无反射数值波浪水槽可以较好地模拟行进波和立波,并且能够较好地避免边界反射及二次反射。     

波浪在珊瑚礁坪上传播的水槽试验研究

为研究波浪在珊瑚礁上的传播规律,分析波浪传至礁缘后破碎及传播情况,为设计波要素的确定提供参考依据。试验模拟了常年平均波浪和重现期50 a两种波浪条件。试验结果表明:波浪沿传播方向在礁坪边缘附近破碎后继续向坪内传播,并达到波面稳定状态,礁坪上的波浪传播特性表现为礁缘处波浪易破碎和礁坪上波浪衰减较快;波浪破碎表现为行进波破碎,且小于波浪在一般缓坡地形上的破碎指标,破碎波高水深比(Hb/d)约为0.5附近,重现期50 a大浪时礁缘处最大可达0.76。     

波浪作用下岸坡动力响应试验研究

利用波浪水槽对波浪作用下岸坡孔隙水压力响应进行试验研究,观察分析岸坡坍塌破环现象和机理,试验入射波采用椭圆余弦波。试验结果分析表明,岸坡内孔隙水压力随波高和周期的增大而增大,岸坡土体介质与介质孔隙水压力密切相关,孔隙水压力对岸坡稳定性有重要影响。     

规则波作用下斜坡堤越浪量的数值模拟

台风过境产生极端波浪造成斜坡式海堤越浪,现有计算越浪量的经验公式都存在适用性的问题.为探求台风天气下舟山区域斜坡堤越浪量计算公式,基于VOF方法,对Navier-Stokes方程和k-ε方程进行求解,建立速度边界造波和阻尼消波的数值波浪水槽.在水槽中建立斜坡堤模型,通过改变影响越浪量的相关因素,模拟台风浪条件下规则波作...     

大连港太平湾港区波浪物理模型研究

通过波浪整体物理模型试验,对大连港太平湾港区起步工程港内波况和码头上水情况进行测定,并根据试验结果对平面布置进行优化。设计方案在W向波浪作用下,迎浪侧波浪直接穿过进港航道边坡进入港内,波浪在直立码头间发生来回反射,港内波高较大。设计方案在WSW向波浪作用下,迎浪侧航道边坡对波浪的折射现象较W向明显,港内波浪的多次反射现象与W向时基本一致。优化方案一将迎浪侧进港航道边坡开挖,波浪折射到港外,港内波高减小。优化方案二北侧防波堤延长至874 m,对港内的掩护优于优化方案一。优化方案三在优化方案一的基础上,将东侧码头外端1 km码头型式改为高桩码头,在高水位时桩式结构的反射效果未得到充分发挥,低水位时反射效果略明显。