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。     

智能波浪周期测定仪

<正> 1 概述在港工水力学模型试验研究中,造波机是模型中复演波浪运动不可缺少的主要技术装置。在试验过程中为使模型中波浪运动的周期与实际工程中的波浪运动周期符合相似定律,需要准确地控制或调整模型造波机的运动周期,从而在模型中复演与现场相似的波浪运动。目前国内多采用光电式传感器来测量模型造波周期,由于这类装置受可见光的干扰影响,测量精度不高,而且其线路多采用分立元件,使整机复杂,一旦发生故障,检修不易,使用也很不方便,为此我们利用磁敏传感器研制了一套功能较强的以单片微机MCS—51系列8031芯片为核心的波浪周期测定仪。     

平推式造波板运动的数值模拟

平推式推板造波机是近岸及海洋工程波浪物理模型试验中非常重要的试验设备.文章通过垂向二维数学模型,利用线性造波理论来模拟造波板运动,分析了造波板前后水体动力过程,以及当造波板后不设消波设施时,造波板至后墙距离对水体动力过程的影响.该数学模型以包含水气二相流系统的Navier-Stokes方程为基本控制方程,应用粒子Lev...     

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。     

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。     

基于推板的二阶规则波造波方法与数值计算研究

目前实验室内最常用的造波理论是线性微幅波理论,让造波板围绕中心轴做往复简谐运动(即一阶造波),然而实际的造波板运动幅值是有限度的,简单地采用微幅波理论的一阶造波方法生成的波浪在传输过程中会出现自由伪谐波,影响波浪的稳定,甚至可能会产生次峰。采用二阶造波理论能够抑制自由伪谐波,得到更加稳定的波浪。本文基于波浪理论,采用摄动法推导出推板一阶造波方法产生的一阶波和二阶波,分离出自由伪谐波。然后基于波浪叠加原理得出抑制自由伪谐波的二阶造波理论方法并使用Fluent软件验证了本文二阶造波理论方法的有效性。     

楔形冲箱的二阶斯托克斯波制造理论及其SPH检验

冲箱式造波机已应用于国内外许多物理水池,但缺乏制造二阶斯托克斯波的冲箱运动控制理论。基于冲箱浸没体积的变化量与生成的波浪体积相守恒的原理,推导了关联楔形冲箱运动与目标波浪要素的隐式方程组,并给出了制造二阶斯托克斯波的约束条件。应用推导的造波理论,在经过精度检验和收敛性分析的光滑粒子流体动力学（SPH）波浪水池中模拟二阶斯托克斯波的生成。将数值波面与解析波面进行比较,显示生成的二阶斯托克斯波的波形稳定、波要素准确,证实了该造波理论的可靠性。     

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。     

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...     

垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤消浪性能及受力研究

浮式防波堤的锚固方式主要有锚链锚固式和导桩锚固式等,垂直导桩锚固的浮式防波堤在波浪作用下浮体主要进行升沉一个自由度的运动。通过二维波浪物理模型试验对垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤的消浪性能和受力情况进行了研究。研究结果表明,同一波高下,垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤的波浪透射系数均随着相对宽度B/L的减小而变大。当浮箱相对宽度相同时,波高较大时垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤的波浪透射系数较小,尤其对于相对宽度较大(B/L0.2)的情况。与锚链锚固时相比,由于垂直导桩锚固时浮堤的波浪反射和波能损耗均明显增强,垂直导桩锚固时浮堤的波浪透射系数明显减小、消浪性能明显提高。波浪作用下,垂直导桩所受的水平力大小随入射波高的增大而明显增大,导桩所受的正向水平力随着相对宽度B/L的减小(即波浪周期的增长)为减小的趋势,反向水平力随相对宽度B/L的变化规律不明显。     

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。     

气动式造波机中的横向波

本文讨论了用于产生二维波动的气动式造波机中,一种横向表面重力波的发生及其非线性特性。当输入频率接近于横向波的基频两倍时,利用奇摄动方法,可以得到横向波的振幅发展方程。振幅的理论预测与实验观察是定性相符的。     

基于边界元方法的二维全非线性数值波浪水槽(英文)

The development of a two dimensional numerical wave tank (NWT) with a rocker or piston type wavemaker based on the high order boundary element method (BEM) and mixed Eulerian-Lagrangian (MEL) is examined. The cauchy principle value (CPV) integral is calculated by a special Gauss type quadrature and a change of variable. In addition the explicit truncated Taylor expansion formula is employed in the time-stepping process. A modified double nodes method is assumed to tackle the corner problem, as well as the damping zone technique is used to absorb the propagation of the free surface wave at the end of the tank. A variety of waves are generated by the NWT, for example; a monochromatic wave, solitary wave and irregular wave. The results confirm the NWT model is efficient and stable.     

VC与Fortran混合编程及其在实验室水槽造波系统中的应用

为了提高造波软件的开发效率,界面和图形部分采用VC开发,波浪计算部分由Fortran编程,并成功地开发了实验室水槽造波软件的不规则波模块,为了验证该模块的准确性,对其主要的两个过程:即谱到时序列和时序列到谱进行了验证,结果令人满意。     

数值波浪水池及顶浪中船舶水动力计算

基于粘流理论建立了三维数值波浪水池,模拟了非线性波浪,并对规则波顶浪中前进的拘束船模的水动力进行了计算.数值模拟中,控制方程-RANS方程和连续性方程使用有限体积法离散,非线性自由面采用VOF方法处理;在入口边界模拟柔性造波板运动产生入射波,使用位于波浪水池尾部的人工阻尼区消波.给出了非线性规则波的模拟结果以及规则波顶浪中前进的拘束船模的水动力计算结果,并与理论解及DUT(Delfi University of Technology)的试验数据进行了比较,二者吻合良好.     

水池摇板式造波机传递函数研究

文章介绍了自研的分段摇板式造波系统。该造波系统在拖曳水池安装完成后,进行了造波机的传递函数试验,并与势流理论结果进行了比较。通过试验得到,该造波系统具有良好的频响特性。同时,由分析比较可知,在进行造波机初步设计时,采用势流理论计算的造波机最大冲程应至少增加5%。     

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。     

Three-dimensional numerical wave tank simulations on fully nonlinear wave–current–body interactions

A finite-difference scheme and a marker-and-cell (MAC) method are used for numerical wave tank (NWT) simulations to investigate the characteristics of nonlinear wave motions and their interactions with a stationary three-dimensional body in the presence of steady uniform currents. The Navier–Stokes (NS) equation is solved in the computational domain, and the boundary values are updated at each time-step by a finite-difference time-marching scheme in the frame of a rectangular coordinate system. The fully nonlinear kinematic free-surface condition is satisfied by the marker–density function technique developed for two fluid layers. The incident waves are generated from the inflow boundary by prescribing a velocity profile resembling the motions of a flexible flap wavemaker, and the outgoing waves are numerically dissipated inside an artificial damping zone located at the end of the tank. Using the NS–MAC NWT, nonlinear wave and current interactions around a stationary vertical truncated circular cylinder are studied, and the results are compared with the experimental results of Mercier and Niedzwecki, a time-domain NWT based on linear potential theory, a fully nonlinear NWT, and a second-order diffraction computation. Received: July 3, 2001 / Accepted: September 25, 2001     

高速三体船波浪中运动与增阻CFD计算研究

基于数值波浪水池技术,对波浪中高速三体船运动及增阻进行CFD计算研究。控制方程—RANS方程和连续性方程使用有限体积法离散,非线性自由面采用VOF方法处理;在入口边界模拟柔性造波板运动产生入射波,使用位于波浪水池尾部的人工阻尼区消波。首先对规则波顶浪中单个主船体的运动和增阻进行了计算,并与高速细长体理论计算结果进行了比较;随后进行了三体船运动和增阻计算,分析了侧片体对主船体阻力增加的影响。为高速三体船耐波性研究提供了数值工具。     

不规则波作用下带基床直立堤平均越浪量试验研究

针对不规则波作用下带基床直立堤的平均越浪量问题,采用物理模型试验的方法,对堤顶超高、波高、周期以及基床等因素对越浪量的影响进行了研究。结果表明:堤顶超高和周期是直立堤平均越浪量的重要影响因素。当基床相对宽度B_t/H_s=1～4. 7时,基床宽度对平均越浪量的影响有限。同时,平均越浪量随着基床影响系数h~*的增大先增大后迅速减小,在h~*=15附近出现峰值,而在h~*=30之后基本不变。根据试验结果,提出了直立堤平均越浪量计算方法,为实际工程设计提供参考。