多排式气幕防波堤消浪性能数值模拟研究

基于CFD工具,以不可压缩雷诺平均N-S方程、k-ω SST方程为控制方程,利用VOF方法追踪气液两相流界面,建立数学模型,对气幕防波堤的消浪性能进行研究,通过对比透射、反射系数,数值模拟计算结果与物理模型试验结果吻合良好。在此基础上,讨论了静水中不同气幕排数及间距下气幕周围的流场特性,进而分析了气幕排数及间距对不同周期波浪消浪效果的影响。结果表明当供气量较大且其间距为单排气幕两侧最大水平流流速之间的距离时,双排式气幕防波堤能有效增加其消浪效果,尤其是可以增大对较长周期波浪的消浪效果,但当气泡帷幕增加到三排时,其消浪效果由于供气量的分散没有显著提升。该研究结果为气幕防波堤在实际工程中的设计和应用提供了理论支持。     

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.     

U型防波堤与波浪相互作用的数值模拟

半淹没式固定U型防波堤,通过在自由水面附近设置挡浪结构增加能量耗散而达到降低港内波浪的目的;为了减小U型防波堤波浪反射,在其左侧设置成可渗透型沉箱。本文基于Navier-Stokes方程,采用k-ε模型封闭雷诺方程,以spatially-averaged方程作为孔隙流的控制方程,用VOF方法跟踪自由表面,建立了波浪与建筑物相互作用的数学模型,采用该模型模拟了规则波入射时波浪与可渗透型U型防波堤的相互作用,针对不同尺寸U型防波堤,进一步讨论了U型防波堤对波浪传播中反射和透射的影响。     

防波堤平面布置对建设用海区波浪场影响的数值模拟

为研究燕窝山工程海域在不同的防波堤平面布置下的波浪场分布特征,应用波作用守恒方程和Boussinesq方程建立了大、小范围的波浪数学模型对工程区附近海域的波浪场进行数值模拟,统计并分析工程前后防波堤附近波浪特征站位的波要素。基于防波堤基本布置方案1,改变防波堤的长度和轴线角度,根据不同平面布置下的防波堤对波浪的掩护效果进行比较分析。结果表明,综合考虑防波堤附近波浪场的变化特征、防波堤特征站位波要素的变化及防波堤的有效掩护面积3个方面,将防波堤轴线以两段堤相交处为圆心逆时针旋转8°,并将直堤向东侧延长100 m,即方案2为优选方案。     

潜式双层水平板型防波堤的消浪机理分析

双层水平板型防波堤是一种新型结构形式的防波堤。该防波堤与波浪相互作用的流场和涡量场变化特性及消浪机理研究,文献中还鲜有论述。文章用数值方法研究了波浪与潜式双层水平板型防波堤的相互作用。以连续方程、雷诺时均方程和k-ε湍流模型作为控制方程,建立了波浪与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附近的流场、涡量场变化过程和不同位置的波能流。研究结果表明,上层板上方水域的涡动能量损耗及双层板之间和下层板下方波能流的逆向传递是防波堤的主要消浪机理。     

基于Open FOAM的浅滩波浪破碎区气液两相流耦合模拟

基于OpenFOAM开源工具箱,植入动量阻尼方程和规则波动网格边界,形成可靠的三维动网格气液两相流数值波浪水槽,在设置斜率为1∶6的斜坡平台上,模拟了波浪在近岸带浅滩破碎区的气液两相流破碎演化过程。数值模拟结果与试验值吻合较好,对波浪在浅滩破碎区发生的变形、坍塌、周围气体变化等情况模拟完整,可为波浪破碎机理研究提供较好的数据支撑。     

两相流全沙数学模型理论及其在台山电厂港口工程研究中的应用

本文提出用两相流连续方程和运动方程描述底沙推移质运动过程的理论和方法，建立了考虑潮流波浪水动力条件下的两相流全沙数学模型，并用于解决台山电厂港口建设中的泥沙淤积问题，得到了实测资料的初步验证。     

透空式防坡堤周围的非线性波浪传播的数值模拟

对非线性波浪在透空式防波堤周围的波浪变形进行了数值模拟,在Boussinesq波浪方程中加入与透空建筑物有关的新耗散项,从而界定了透空建筑物引起的部分反射和透射,波浪折射—衍射的传播过程通过控制方程求解。波浪控制方程通过有限差分方法求解。模型应用于模拟波浪经过具有部分反射的群桩式透空结构,结果表明透空式防波堤可以有效地衰减波浪和作为重力式结构的一种替代方式。     

气幕防波堤设计

本文介绍气幕防波堤消波机理与设计原理,根据Kurihara水槽试验和现场测试的结果,提出供气量计算方法,为气幕防波堤的设计提供参考。     

基于OpenFOAM的沉箱与梳式防波堤水动力特性比较*

为比较沉箱与梳式防波堤水动力特性的差异,基于OpenFOAM建立了波浪与上述两种结构相互作用的数值模型,分析不同周期作用下反射系数、波浪压强与流场分布特征。结果表明：1）随相对堤宽的增大,沉箱防波堤对波浪的反射系数较梳式防波堤大。2）不同测点处的波浪压强差异显著,梳式防波堤背板处的波浪压强较沉箱防波堤迎浪面相应处波浪压强明显增大。3）梳式防波堤在梳齿空腔内的水体流速较沉箱防波堤迎浪面前方显著增大。4）建议在实际工程中选择梳式防波堤。     

圆弧型贯底式防波堤防浪效果的解析研究

给出了圆弧型贯底式防波堤防浪效果计算的解析方法.假定防波堤刚性、薄壁、不透浪,水深恒定.假想存在一个圆柱面,把流场划分为内外区域,在每个区域上将速度势用特征函数展开,然后在它们的公共边界上进行匹配,匹配的原则是公共边界上速度连续,压力连续,从而可得到关于未知系数的一组线性代数方程组,解出未知系数,即可求得流域中任意一点的速度势和波高.数值结果给出了不同入射波波长及防波堤所对不同圆心角时防波堤周围波幅的等高线图.结果表明:圆弧型贯底式防波堤具有很好的防浪效果,通常情况下,掩护区域内的波高仪为入射波波高的20%～50%,对于短波,甚至可降到10%.     

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。     

带收缩水道的沉箱防波堤兼OWC装置结构形式的研究*

设计一种带收缩水道的沉箱防波堤和OWC(Oscillating Water Column)波能发电装置相结合的复合结构形式,开展物理模型试验研究。通过改变水道结构形式与OWC气室参数,并分析实验数据,探讨水道形式、入射波要素和OWC气室形状参数等对该复合结构工作性能的影响,采用气室内波幅放大系数、气室顶部空气点压力和防波堤前波浪反射率作为考察参量。     

防波堤堤后次生波的试验研究

在小比尺的大范围整体物理模型试验及数值模拟中,由于模型本身存在底摩阻、比尺效应及计算软件等影响因素,测量所得堤后次生波波高精度较低。因此通过采用大比尺波浪断面物理模型试验,选取不同入射波要素和堤顶淹没水深,研究次生波的基本特性,得到入射波高与次生波的关系;同时利用局部整体模型,分析得出波浪对防波堤不同角度入射时,角度与堤后次生波的关系。试验结果可为大范围整体物理模型试验提供校验依据,也可为数值模拟防波堤堤顶越浪,进行参数调整提供必要的依据。     

波浪与水囊潜堤相互作用的数值模拟

基于黏性流体力学理论构建波浪与水囊潜堤相互作用的计算流体力学数值模型.利用高阶差分方法求解纳维斯托克斯方程,采用有限元方法求解结构动力学方程,采用虚拟单元浸入边界法实现流体和固体求解器的高精度耦合求解.通过流体体积方法实现界面重构,与试验结果比较验证模型的有效性.对规则波与不同充盈水囊潜堤相互作用进行数值模拟,寻找合适...     

气泡减阻实验研究

为研究气泡对航行体侧壁的减阻效果，设计一套试验装置。利用该装置，采用壁面通气法研究不同通气量、不同来流速度和不同通气角度对气泡减阻效果的影响。实验结果表明：在通气量和通气角度不变的条件下，减阻率随来流速度增加而增加；在来流速度和通气角度不变的条件下，随通气量增加，减阻率先增加然后变小；在来流速度和通气量不变的条件下，减阻率随通气角度的增大而减少；在一定的条件下，取得了20．34％的减阻率。     

斜向长周期涌浪作用下斜坡式防波堤结构稳定性优化

海外港口工程大部分位于以长周期涌浪影响为主的海域,长周期涌浪对防波堤的作用尚未得到全面认识和研究,尤其是斜向入射的情况。以某一具体港口防波堤工程为例,通过波浪局部整体物理模型试验,对斜向长周期涌浪作用下斜坡堤结构的稳定性进行了研究,并根据试验结果对原方案进行优化,提出了稳定的斜坡堤结构。研究结果表明,斜向波浪作用时,相同水深、波向以及波高情况下,入射波浪周期越长则护面块石失稳率越大;相同水深、波高以及波浪周期情况下,波浪15°角斜向入射时沿堤形成的沿堤流对护面的冲蚀破坏作用比波浪基本顺向入射时的情况更为强烈,护面块石失稳率相比较大。     

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。     

不同因素对潜堤波浪传播的影响

针对波浪穿过梯形潜堤时的波浪形态沿程变化问题,以梯形潜堤为研究对象,通过二维水槽试验,研究梯形潜堤上规则波的传播特征。以比波高为参数分析不同波浪要素(波高、周期和水深等)对波浪传播变形的影响。试验结果表明,其他条件不变时,入射波高越大、波浪周期越小、堤顶淹没水深越小时,波高在潜堤上方衰减越明显。在有足够水深,且波高较小时,波浪对潜堤均有良好的穿透性;波高较大时,波浪在潜堤上部发生破碎,波浪穿过潜堤后波高衰减,此时潜堤的消波作用明显;在波浪不发生破碎情况下,较长周期波浪在潜堤顶部比波高增大,且出现双峰值。