双浮箱-双水平板浮式防波堤的数值模拟

针对新型双浮箱-双水平板防波堤,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,研究浮箱的相对吃水深度、浮箱的相对间距和相对板间距对消波效果的影响以及自身稳定性分析。结果表明：增大浮箱的吃水深度和相对板间距,可以减小防波堤的透射系数;取浮箱相对间距为0.22～0.33时,有更好的消波效果;双浮箱-双水平板浮式防波堤的固有周期大约为5 s,实际应用中应避免固有周期与波浪周期相近。研究结果可以为该型防波堤的设计提供理论基础。     

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。     

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。     

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。     

“■”型浮箱式防波堤运动特性和锚链力试验

通过二维断面物理模型,试验研究了"■"型浮箱在规则波作用下的运动量和锚链力与相对宽度、水深、波高、锚链与竖向初始夹角以及锚链拖地长度等影响因素的变化关系。结果表明:波高是影响浮箱运动量和锚链力最敏感的因素,浮箱升沉、横摇和锚链力随波高增大而增大;相对宽度与水深的改变对锚链力的影响较为随机,锚链力并不随着波周期增大而增大,主要原因是波周期越长,浮箱的消浪效果较差的缘故;锚链与竖向初始夹角增大,浮箱横移有所减小,对锚链力而言,30°夹角较为合适;锚链拖地长度加长,横移明显增大,锚链力则有所减小。与矩形浮箱相比,""型浮箱的横移和升沉要大于等于矩形方箱,横摇则小于矩形浮箱,两者的锚链力相差不大。     

浅水单模块浮式防波堤锚泊系统分析研究

针对浅水海域的单模块浮箱式防波堤,利用水动力通用软件ANSYS-AQWA,建立不规则波作用下浮体锚链耦合模型,得到浮式防波堤频域与时域的动态响应。重点分析频域下的六自由度运动RAO,以及利用AQWA的缆索动力学模块,设计对比了拖地长度和预张力不同的锚泊线受力情况,并得到该条件下最优的锚泊系统,对实际工程有参考价值。     

不规则波浪作用下带腹板型浮式防波堤的水动力特性研究

本文基于福州港松下港区拟建的浮式防波堤开展研究，建立不规则波浪与带腹板型浮式防波堤相互作用的数值模型，通过开展水槽试验，对该模型进行验证。进而对带腹板型浮式防波堤的水动力特性进行模拟分析，讨论波浪透射系数和锚链拉力的影响因素。结果表明，防波堤的消浪性能随吃水深度、腹板高度和浮箱宽度的增大而提升；在入射波浪有效周期接近纵荡自振周期时，锚链拉力显著增大，在浮式防波堤设计中，应使得结构纵荡自振周期远离设计波浪周期。研究结果可为实际工程设计提供参考。     

OWC-开孔浮式防波堤消浪性能的数值研究*

为了使浮式防波堤在消波的基础上兼具发电功能,提出一种新型结构形式——OWC（振荡水柱）-开孔浮式防波堤。对其在规则波作用下的消浪性能进行数值研究,分析了浮堤的间距、开口宽度、锚泊方式、入射角度等因素的影响。结果表明：1）在3种波高、不同周期波况下,与普通双浮堤相比,OWC-开孔浮式防波堤的消浪性能较好;2）浮堤间距和 OWC开口宽度越宽,消浪效果越好;3）锚链不拖地的浮堤消浪性能略优于锚链拖地情况,波浪正向入射比斜向入射时消浪效果好。     

不同锚泊方式下浮式防波堤砰击载荷及其运动响应研究

海上结构物在服役期间会遭受各种恶劣海况,浮式防波堤作为平台等结构物的掩体在波浪作用下产生上下浮动或者前后摆动,通过波浪的反射和耗散,扰乱水质点运动,最终实现消波减能,保护结构物的安全。在防浪消波的过程中,浮式防波堤受到显著的波浪砰击,其自身安全受到威胁,因此,准确预报其砰击载荷至关重要。本文运用CFD方法,基于STAR-CCM+软件,分别以锚链锚泊式浮式防波堤和垂直导桩锚泊式浮式防波堤作为研究对象,分析规则波作用下,浮式防波堤的砰击载荷及其运动响应,并进行对比分析。结果表明,2种锚泊方式下,浮式防波堤所受到的砰击载荷主要集中在迎浪面,均随波高的增大而增大,随周期的增大而减小,相同工况下,锚链锚泊式浮式防波堤所受砰击载荷较大。     

一种跷跷板式浮筒型波浪能发电装置

为了设计适用于浮式防波堤的波浪能发电装置,提出一种跷跷板式双浮筒型的装置方案,由水面双浮筒浮体和深潜水下的垂直阻尼板、连杆和PTO系统组成.利用水动力分析软件ANSYS-AQWA进行数值计算,在波浪侧向入射的工况下,分别研究自由漂浮和悬链锚固下的运动响应,研究3种海况下的轻重浮体在不同阻尼系数下的获能性能,以及型宽对获能性能的影响.结果 表明,型宽对于获能性能具有较大的影响,半波长为最佳的型宽尺寸,发电装置在长波条件下也具有较强的发电能力.     

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。     

水下上弧形板结构的水动力特性研究

文章应用边界单元法,依据波浪绕射和辐射理论研究了一种新型的板式防波堤结构—上弧形板结构。研究中通过与另外三种板式防波堤结构(下弧形板结构,单板结构,双层板结构)的对比,验证了这一新型结构具有更好的消波效果。文中重点分析了这种新型结构的散射波浪力、透射系数和反射系数,并且为了进一步揭示这种结构的消波原理,对该结构周围的流场进了分析。研究发现：（1）上弧形板结构在横荡方向上所受波浪力最小。（2）当潜深波高比为0.05时,该结构的消波效果比其他三种结构增强约50%。（3）通过对上弧形板结构的速度流场分析,发现上弧形板结构上部有明显回流。     

“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。     

Inhomogeneous wave load effects on a long,straight and side-anchored floating pontoon bridge

In this paper, we present a numerical study on the hydroelastic response of a 4.6 km long fjord crossing floating bridge subjected to wave loads. The bridge is straight in design and supported by 35 pontoons along its full length. To limit the response to horizontal loads, four clusters of deep water mooring lines are engaged to increase the transverse stiffness of the bridge. Owing to the very large span across the fjord, inhomogeneity in the wave field exists. This study examines the various effects of inhomogeneous wave loads on the dynamic responses of the floating bridge. These include the spatial variations of the wave direction, significant wave height and peak period as well as the coherence and correlation of waves along the entire length of the floating bridge. For the purpose of comparison, the dynamic bridge responses under homogeneous wave load cases are also studied. In addition, the effects of wave load components and short-crestedness are presented and discussed.     

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。     

一种新型浮式防波堤的试验研究

浮式防波堤具有不影响相应海域物质交换、造价随水深变化不大等优点，但其消波效果较差且对锚泊系统要求高等因素，减缓了它向实际工程转化的步伐。本研究综合考虑阻挡反射、紊动耗能、波峰耗散多种消波机理，进而提出一种由多菱形模块拼装而成的多孔浮式防波堤结构，并对该结构进行物理模型试验。试验结果表明。该结构型式的浮堤消波效果好且受波浪力小。     

浮码头与旁靠船舶的运动响应特性研究

本文基于三维势流理论，采用数值分析方法研究了浮码头与散货船旁靠系泊的运动特性。考虑缆绳和护舷的非线性特性，探求了波浪周期对浮体运动、系缆力的影响规律。研究结果表明：考虑间隙内水体运动影响，旁靠散货船在横浪条件下的纵摇和纵荡运动有所增大。浮码头在计算工况下，缆绳受力较大，在某些工况条件下超出了国际系缆力标准的要求，旁靠散货船的缆绳在计算工况下均未超标，满足要求。研究结果为浮码头系泊系统的设计及工程运营提供理论参考。     

新型钢结构浮式防波堤结构

浮式防波堤具有不影响海域物质交换、造价较低等优点,但是其结构连接及锚泊系统要求高的缺点限制了它的发展。为了克服浮式防波堤结构的这个缺点,同时发挥其消浪优势,利用大比尺波浪试验水槽通过物理模型试验对新型钢结构浮式防波堤消浪效果进行验证。试验通过浮式防波堤透射系数(C_t)与相对吃水(t/D)、相对入水(t/L)以及防波堤相对宽度(W/L)等主要影响因素的相关关系,表明在波浪周期小于6 s时,该新型钢结构浮式防波堤的透射系数C_t可达0.5以下,验证了新型钢结构浮式防波堤的消浪效果。     

斜向波浪对斜坡堤胸墙作用力的试验研究

斜坡堤胸墙的稳定性主要受到波浪作用的影响,而且实际工程中斜坡堤多受斜向波浪作用。通过斜向与正向不规则波对斜坡堤胸墙作用的物理模型试验研究,分析斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数随水位和波浪入射角度的变化规律,并与斜向波浪对单元直立堤的作用情况进行对比。结果表明:斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数总体上随着水位的降低而变小,随着波浪入射角度的减小而变小;斜向波浪总浮托力的折减系数一般小于总水平力的折减系数;在不同水位和波浪入射角下,斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数与单元直立堤有一定差别。     

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。