实验水池弧形消波装置孔隙率优化试验研究

文章针对实验水池弧形消波装置的消浪效果问题,以弧形消波结构为研究对象,通过二维水槽试验,研究弧形消波结构表面不同孔隙率对其反射系数的影响;在此基础上,将单层结构优化为双层结构,寻求消浪效果最佳的双层孔隙板孔隙率组合,并研究波高和周期对消波结构反射系数的影响。试验结果表明,双层孔隙板的消浪效果优于单层孔隙板;且上层孔隙板孔隙率为30%,下层孔隙板孔隙率为20%时,反射系数最小,为该消波结构的最优孔隙率组合;其他条件不变时,结构的反射系数随波高增大而减小,随周期增大而增加。     

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。     

“厂”形板式防波堤消波性能数值模拟

根据水平板形防波堤和倾斜板形防波堤的特点,提出一种“厂”形组合板式防波堤,通过数值模拟方法对防波堤的消波性能进行研究。首先,利用FLUENT软件建立二维规则波数值波浪水槽,并验证水槽应用的有效性。通过模拟得到堤后波高-时间过程线,分析防波堤的透射系数,探讨透射系数随波高、周期、开孔率、相对板宽、波陡、倾斜板与水平板角度、超高等参数的变化关系。结果表明,在模拟范围内防波堤透射系数较小,消波性能优良,特别是对长周期波也有较好的消波效果。研究成果可以为新型防波堤设计提供参考。     

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。     

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。     

双浮箱与不同形式板组合的浮堤消浪性能试验

对双浮箱与不同形式板组合的浮堤进行二维水槽波浪物理模型试验,探讨水平板入水深度、水平板开孔率、多孔竖直板等因素对浮式防波堤消浪性能的影响,重点分析双浮箱与多孔竖直板组合的浮堤的消浪性能和消浪机理。结果表明,对于双浮箱与水平板组合的浮堤,整体上水平板开孔时的消浪效果优于水平板不开孔时,尤其在波浪周期较长时。随着水平板入水深度的增大,浮堤的波浪透射系数明显减小、消浪效果明显改善,但整体上较双浮箱间无板时,其消浪性能仍无明显提高。与双浮箱间无板时相比,双浮箱间设置多孔竖直板时新型浮堤的波浪透射系数均减小,浮堤的消浪效果均得到明显改善。与双浮箱间无板时相比,双浮箱间设置多孔竖直板时新型浮堤的波浪反射系数均减小、波能损耗系数均增大。双浮箱间设置多孔竖直板时浮堤消浪效果改善的主要原因是双浮箱间的多孔竖直板增强了浮堤的波能损耗。     

数值波浪水槽中的被动式消波

采用边界元方法,建立一种非线性数值波浪水槽,借助吸收海岸和被动吸收式推板消波的方法,处理波浪模拟中的消波,检验水槽内不同频率的波浪吸收效果,并长时间模拟服从JONSWAP谱的不规则波;结果表明,这种消波方法可以满足长时间计算需要,可为工程研究奠定基础。     

数值波浪水槽末段孔隙结构消波性能的研究

基于Flow3D有限差分求解程序建立数值波浪水槽模型,造波段采用线性波浪理论生成周期表面波,末段采用沿水槽纵轴方向具有渐变垂向孔隙率的孔隙结构以消除反射波,研究结果表明该孔隙结构对规则波具有良好而稳定的消波效果。通过"三点法"入、反射波分离程序求解波浪的反射系数,探讨各方向孔隙率、消波段末端孔隙模块的垂向孔隙率、孔隙结构等分份数、消波装置的总长度等因素对消波性能的影响,寻求消波性能最佳的参数组合。     

基于 OpenFOAM 的数值波浪水槽的建立与验证

论文基于粘性不可压缩流体的 N‐S 方程,采用开源 CFD 代码 OpenFOAM 建立了二维数值波浪水槽,并对水槽的造波效果进行了验证。结果表明：采用 OpenFOAM 能够方便建立符合设计要求的数值波浪水槽;数值水槽能够产生试验所需的规则波动;水槽消波区域作用良好,能够消除反射波对自由波动区域的影响。     

基于DualSPHysics的数值波浪水槽研究

为更好地研究强非线性波浪问题(波浪翻卷、破碎及其与结构物相互作用等),基于DualSPHysics开源平台进行二次开发,采用SPH方法建立了二维数值波浪水槽。运用强制修正粒子加速度的方法实现阻尼消波功能,通过监测推波板前水位变化并实时修正造波信号实现了主动式消波功能,并对消波模块的阻尼消波性能和主动式消波性能进行了详细测试。结果表明,新型阻尼消波层的长度控制在1~2/3倍波长内即可形成可靠的开放式边界,主动式消波功能可将70%以上的能量反射波吸收。     

基于VOF方法的不规则波数值波浪水槽的阻尼消波研究

对基于VOF方法的不规则波数值波浪水槽进行了阻尼消波研究。在水槽右端的出流边界处,设置了一定长度的海绵层来吸收波浪,海绵层的衰减系数采用线性分布的形式。通过不同入射波参数的数值计算结果,比较了不同形式的衰减系数和参数的海绵层消波效果,给出了对应不同波要素范围的海绵层参数取值范围。对浪高仪位置处波面历时采用两点法进行了分离,波浪的反射率满足计算要求,给出了数值水槽中不同时刻波面高度空间分布情况,应用快速傅里叶变换得到计算波谱,计算波谱与靶谱吻合较好,计算结果表明所采用的海绵层阻尼消波是一种很好的边界处理方式。     

框架式消波堤消浪特性研究

针对实际工程中应用的浮式消波结构,采用水槽物理模型试验的方法,对规则波作用下框架式消波堤的消浪效果进行研究,得出透射系数与浮堤相对宽度、管道排数以及管道公称外径的关系。结果表明,相对宽度是消波堤消浪性能最主要的影响因素,管道排数与管道公称外径也有明显影响,综合考虑用料等因素,建议选用模型3 (6排、公称外径为40 mm)的消波堤形式。     

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.     

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。     

开孔率对开孔板消浪效果影响的数值模拟研究

采用VOF方法,结合k-ε紊流模型建立数值波浪水槽。造波边界采用内源造波法,造波边界后方和波浪水槽出口边界均采用海绵层消波,自由面采用F函数追踪,从而数值模拟了波浪对开孔板的作用。将开孔板前波浪反射系数的数值计算结果与文献[14]的物理模型实验结果进行比较,验证所建立的数值模型及计算方法的正确性。通过改变开孔率,模拟波浪与开孔板作用的开孔板前波浪的反射系数,进而分析了开孔率与波浪反射率的关系。同时,分析了波浪作用下开孔板的迎浪面与背浪面的点压力差变化,并主要探讨开孔率与点压力差的相互影响关系。分析结果表明:随着开孔率α的增大,反射率减小,透射率增大,点压差呈非线性变化。     

双层开孔消浪板结构消能性能分析

双层开孔消浪板是一种新型消能结构，其结构通过上层开孔板和下层实心板两部分来解决结构的消能问题．文中通过模型试验的方法来验证结构的消能性能，同时，对双层开孔消浪板结构在规则波作用下的消能系数随3个主要影响因子（相对板宽B／L，相对开孔A／A0，波陡H／L）变化的结果进行分析．通过分析和比较消能系数与影响因子之间的相互关系，证明双层开孔消浪板结构具有较好的消能效果．     

对称波形底箱型水面防波堤性能试验研究

为了提高箱型水面防波堤的消波性能,将箱型水面防波堤的主体底部外形进行了改造,即将主体底部由平底改造为对称波形底,提出了一种对称波形底水面防波堤。对平底和对称波形底箱型防波堤分别进行了物理模型试验研究。试验时,将平底和对称波形底的方箱型消波主体通过支架固定在小型波浪水槽中,保持水槽水深不变,改变箱体吃水、波陡、波长,进行了系列试验。给出两种模型的透射系数、反射系数和能量损耗系数随相对宽度BL的变化规律。通过比较发现:对称波形底的消波性能比平底的优良,增加的消波效果高达60%左右;两种模型的反射系数相差无几,说明改变箱型底部结构对于防波堤反射性能的影响不大;对称波形底对于波能的损耗作用要强于平底。     

直立折叶板开孔式结构物之消波特性改善研究

文章延续林蔚等~([1])针对直立活动折叶板开孔式结构物的消波特性做进一步探讨,并以水工模型实验方式比较不同长度单消波室的消波能力,发现适当的折叶板配重,可以让消波室内外波动达到同步而提升其消波效果,但是消波室长度也可能造成舱内的水体振荡与相位变化,而有较大的反射率。综合检讨后,获致结论为消能结构物的消波机制系由开孔岸壁及消波室的消波功能与排水机能所共同组成,消波室长度不一定能消减波能反而激活振荡。如能分项加强其消波工,应可有效提升消波能力。     

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.     

基于二阶造波理论的聚焦波实验室模拟

目前实验室中的聚焦波均是利用线性叠加原理产生的,其中造波板位移为各组成波浪按线性造波理论所得分量之和。但是聚焦波浪特性会受到线性造波板位移产生的自由伪谐波的影响。文章采用二阶造波理论建立实验室中聚焦波浪造波软件,并分别采用一阶理论和二阶理论进行物理水槽和数值水槽造波实验,结果表明采用二阶造波理论可以有效地提升水槽聚焦波浪的模拟精度。