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。     

浮式方箱防波堤的AQWA数值模拟研究

利用AQWA数模软件,针对规则波和不规则波作用时浮式方箱防波堤的透射效果进行研究,试验表明:浮式方箱防波堤的透射系数随水深变化不大,消波效果较好;与传统防波堤相比,浮式方箱防波堤在水深增大后工程造价的增量有限.本研究可为浮式方箱防波堤的设计和应用提供参考.     

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。     

多块多刚体铰接式浮式防波堤消波特性数值模拟

为研究浮式防波堤的消波机理,在方箱型浮式防波堤的基础上,提出一种多刚体耦合式浮式防波堤设计方法,将方型旋转体与防波堤主体通过旋转关节进行耦合,建立多刚体耦合模型。在此基础上,通过改变方型旋转体模型吃水以下的截面形状,设计出U型体和半椭圆型体浮式防波提铰接模型。基于多体耦合运动理论,采用基于有限体积法理论的STARCCM+软件建立浮式防波堤消波数值模型和计算方法,对3种不同铰接构型的多刚体耦合式浮式防波堤水动力性能及消波性能进行数值分析,研究各构型的消波性能。结果表明：多块多刚体浮式防波堤内部多系统耦合运动加剧了对入射波能量的耗散,有较为出色的消波效果,通过对比3种不同构型的铰接式浮式防波堤,得到了多刚体铰接式浮式防波堤消波性能及水动力响应变化规律。研究结果可为浮式防波堤设计及工程化应用提供技术支撑。     

一种新型浮式防波堤的数值模拟研究

针对一种适合于救助打捞、工程临时防护等应急防浪情况的新型应急浮式防波堤,本文应用Ansys Workbench软件和AQWA Graphical Supervisor(AGS)图像后处理软件,建立三维数值模型,模拟了新型应急浮式防波堤在规则波作用下的运动过程,探讨了波陡H/L及相对吃水深度D/d对新型应急浮式防波堤透射系数的影响,此外还对防波堤的稳定性进行了分析。研究结果表明,波陡是影响新型应急浮式防波堤透射系数的重要因素,波陡越大,透射系数也越大,而相对吃水深度对透射系数有影响,但影响较小。     

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。     

一种方箱型防波堤概念设计及水动力性能分析

为了防御海浪对港域的侵袭,以维持港内水域的平稳,本文提出方箱型浮式防波堤概念设计方案,重点分析本设计方案下的方箱型浮式防波堤水动力参数,并对其模型进行完全时域耦合分析,研究方箱型浮式防波堤各主要模态运动响应幅值及系泊缆索的顶端张力。通过规范对比分析,确定方箱型浮式防波堤系泊系统设计的合理性,为工程的实际应用提供一定的理论依据。     

局部波浪振荡对浮式防波堤消波效果影响分析

为获得浮式防波堤腔体内部波浪振荡对其消波效果的影响,基于CFD技术,建立含局部开口腔室结构浮式防波堤内外流场共同作用下的水动力响应数值模拟方法,通过试验数据对比分析,验证数值计算准确性。结果表明,浮式防波堤腔体内部波浪振荡可以有效提升消波效果,但腔内发生大幅波浪共振时,消波效果并不理想。在此基础上,考虑不同腔体模型对腔内波浪振荡和消波性能的影响,研究发现,在本文模型数据范围内,浮式防波堤局部开口腔室个数增多,使得腔内波浪振荡加剧,浮式防波堤消波效果提升。     

浮式防波堤拖航阻力数值模拟与试验

对一种圆筒型的浮式防波堤进行介绍,在此基础上对拖航阻力的数值模拟方法以及模型试验的过程进行阐述。通过数值模拟与模型试验的方法对这种圆筒型浮式防波堤的拖航过程中的拖航阻力进行较为透彻的研究,分别分析这2种方法下圆筒型浮式防波堤随着航速增加拖航阻力的变化情况。为更好地分析2种方法下的拖航阻力情况,圆筒型浮式防波堤在2种方法下的缩尺比例相同。通过对圆筒型浮式防波堤拖航阻力的数值模拟结果与模型试验结果进行对比,可以得出浮式防波堤拖航阻力的数值模拟与模型试验之间的差距,为浮式防波堤实际的拖航工程提供更为可靠的依据,以此来保证拖航过程的经济、安全。     

一种新型浮式防波堤消浪效果及锚链力数值研究

对一种适合于救助打捞、工程临时防护等应急防浪情况的新型应急浮式防波堤进行了研究。运用FLOW3D软件模拟了新型应急浮式防波堤在规则波作用下的运动过程,探讨了波陡H/L及相对吃水深度D/d对新型应急浮式防波堤透射系数以及锚链力的影响,并与波浪水槽内系列物理模型试验结果进行比较,验证了数学模型计算结果。研究结果表明,波周期是影响新型应急浮式防波堤透射系数及锚链力的重要因素,周期越大,透射系数及锚链力也越大,而相对吃水深度只在一定范围内对透射系数及锚链力有影响。该新型应急浮式防波堤的消浪效果良好,为其推广应用提供参考依据。     

浮式防波堤的研究

本文研究了在规则波作下锚泊浮堤的运动响应、消波性能、横漂力引起的提体横漂量以及链的受力情况，并预报浮堤在不规则波中的消波性能。理论计算应用了Frank源汇分布法和Grim切片理论，采用丸尾的远场积分法计算二阶漂移力，采用Kim法计算无穷远处的反射波波幅，用传统的悬链线理论对锚泊系统作静力计算。研究目的在于用理论方法预测浮式防波堤的特性并优化防波堤的形状。研究结果已成功地用于三峡水库导航防波堤的设计。     

波浪中锚泊浮堤系统特性的理论研究

本文研究了在规则波作用下锚泊浮堤的运动响应、消波性能、横漂力引起的堤体横漂量以及此时链的受力情况。在理论计算过程中应用了Frank源汇分布法和Grim切片理论,并采用九尾的远场积分法计算二阶漂移力,采用Kim法计算无穷远处的反射波波幅,用传统的悬链线理论对锚泊系统作静力计算,还将矩形剖面防波堤的计算结果与日本井上义行的计算结果以及我国南京水利科学研究院有关矩形剖面防波堤的系列模型试验結果做了比较,计算结果和试验结果接近,吻合。本研究的目的在于用理论方法预测浮式防波堤的特性并优化防波堤的形状。     

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。     

透空式梳式防波堤的数值模拟和波浪透射系数的研究

基于FLUENT求解器,采用源函数造波方法建立了三维数值波浪水槽,应用不同的造波源函数生成线性波浪、二阶Stokes波浪和不规则波浪.建立了规则波浪和不规则波浪与梳式防波堤相互作用的数值模型,验证了水平波浪力折减系数和堤前反射率的数值结果;并对梳式防波堤有效减小波浪力的机理进行数值解释.对透空式梳式防波堤的透浪特性进行...     

浅水区域浮箱式防波堤结构形式的试验研究

介绍了2种浮箱结构型式的防波堤(L型中浮箱和L型边浮箱),3种类型(L型边浮箱、H型边浮箱、T型边浮箱)的浮式防波堤,对浅水区域浮箱式防波堤结构形式进行了实验室物理模型试验研究。得到了在规则波作用下的浮式防波堤的消浪效果和透过率。本次试验结果表明,在浅水波情况下,相同周期时的防波堤越宽波浪的透过率较小;同一形式尺寸的防波堤,透过率随着周期加长而逐渐增大。     

波能转换型浮式防波堤的水动力性能研究（英文）

The integration of wave energy converters(WECs) with floating breakwaters has become common recently due to the benefits of both cost-sharing and providing offshore power supply. In this study, based on viscous computational fluid dynamics(CFD) theory, we investigated the hydrodynamic performances of the floating box and Berkeley Wedge breakwaters, both of which can also serve as WECs. A numerical wave flume model is constructed using Star-CCM+software and applied to investigate the interaction between waves and wave energy converters while completing the verification of the convergence study of time and space steps. The effects of wave length on motion response and transmission coefficient of the floating box breakwater model are studied. Comparisons of our numerical results and published experimental data indicate that Star-CCM+ is very capable of accurately modeling the nonlinear wave interaction of floating structures, while the analytical potential theory overrates the results especially around the resonant frequency. Optimal damping can be readily predicted using potential flow theory and can then be verified by CFD numerical results. Next, we investigated the relationship between wave frequencies and various coefficients using the CFD model under optimal damping, including the motion response, transmission coefficient, reflection coefficient,dissipation coefficient, and wave energy conversion efficiency. We then compared the power generation efficiencies and wave dissipation performances of the floating box and Berkeley Wedge breakwaters. The results show that the power generation efficiency of the Berkeley Wedge breakwater is always much higher than that of the floating box breakwater. Besides, the wave dissipation performance of the Berkeley Wedge breakwater is much better than that of the floating box breakwater at lower frequency.     

潜堤掩护港域波浪传播数值模拟

采用基于Boussinesq方程的平面二维波浪数学模型,将潜堤作为动边界处理,对潜堤掩护港域的波浪传播变形进行数值模拟研究。首先,采用Ohyama等的潜堤试验数据,就数学模型对人工潜堤上波浪传播变形问题的适用性进行验证探讨;其次,针对某渔港外部潜堤防护工程,采用数学模型进行波浪场推算,分析潜堤的消浪过程,同时将模拟得出的波浪透射系数与国内外经验公式计算值进行对比,结果表明该数值模拟方法是有效的。     

潜堤次生波波高规律的试验研究

在物理模型试验的基础上,选取斜坡型潜堤为研究对象,对不规则波作用下潜堤的透射特性进行研究。同时选取相对堤顶水深、相对堤前水深和波陡作为主要影响因素,分析不同因素对堤后波高的影响,提出了波高透射系数的计算公式,并对不同的波高透射系数计算公式进行对比。研究结果表明文中提出的计算公式可行,可以为潜堤次生波的研究提供参考。     

不同结构形式浮式防波堤湿拖过程中的运动响应研究

浮式防波堤是当前海洋工程装备研发的热点,由于浮式防波堤主尺度大,采用半潜船等工程船运输成本高。本文考虑三种不同类型浮式防波堤采用湿拖方式进行运输,采用AQWA软件,利用数值模拟方法,研究不同海况下浮式防波堤各自由度运动响应。研究发现：圆筒型和板架型浮式防波堤适用于不同海况下湿拖;网笼型浮式防波堤湿拖过程中运动响应幅值较大,建议使用半潜船运输。本文通过探究不同浮式防波堤湿拖过程中的运动响应,可为工程实际中浮式防波堤运输提供一定的借鉴和参考。