基于FLUENT扭王字块体护面斜坡堤越浪量的数值研究

采用FLUENT软件对斜坡堤越浪进行数值模拟,可以通过改变多孔介质区中的惯性阻力系数来模拟护面块体消浪作用的大小,但不同护面块体对应的惯性阻力系数不同,如何具体确定惯性阻力系数的值是数值模拟计算斜坡堤越浪量的难点所在。基于FLUENT软件平台并结合斜坡堤越浪的物模试验,综合考虑多种影响因素,运用多元回归方法,给出了扭王字块体的惯性阻力系数的计算公式;在此基础上,对比越浪量的数模计算值与物模试验值,二者吻合良好,表明文中构建的数值方法合理有效,可以较为准确地计算扭王字块体护面斜坡堤越浪量,为FLUENT软件数值模拟计算扭王字块体护面斜坡堤越浪量的研究开辟了一条新途径。     

不规则波作用下斜坡堤越浪量试验研究

考虑允许部分越浪对海堤设计十分重要。通过具体工程波浪断面物理模型试验,研究了不同波要素和断面尺度对斜坡堤越浪量的影响,比较了随机、规则两种扭王字块体摆放型式的消浪效果。结果表明:堤顶超高对越浪量的影响最大,随着相对堤顶超高的增大,越浪量呈指数形式递减。肩台及平台宽度和波陡对越浪量也有影响,相对肩台及平台宽度越大,越浪量越小;波陡越大,越浪量越小。护面层空隙率相同的不同扭王字块体摆放型式下,斜坡堤越浪量基本相同。典型越浪量公式计算值与文章试验值相比都偏小,陈国平公式计算结果较为准确。     

斜坡堤越浪量试验研究

研究斜坡堤的越浪量对于防波堤的设计有重要意义。通过波浪断面物理模型试验的方法,研究了波高、波陡和堤顶超高的变化对斜坡堤越浪量的影响规律,比较了4种不同护面形式的消浪效果。试验结果显示:斜坡堤越浪量随着有效波高的减小和波陡的增大而减少;斜坡堤越浪量随着堤顶超高的增大,成指数形式递减;护面形式对斜坡堤越浪量有一定影响,扭王字块和栅栏板的消浪效果差别不大,且均优于四角空心方块。将物模试验值与现有斜坡堤越浪量公式计算值进行对比,推荐了陈国平公式作为计算斜坡堤越浪量的公式。     

采用SVR法分析扭王字块体护面斜坡堤越浪量

现行《港口与航道水文规范》未给出扭王字块体护面有胸墙斜坡堤的平均越浪量与单波越浪量计算公式。文章综合考虑了坡度、波陡、相对坡肩宽度、相对胸墙高度、相对块体尺寸、相对堤顶超高和相对水深等诸多因素,开展波浪水槽的物理模型试验。为规避多元回归分析方法在拟合回归方程时的人为因素干扰,采用支持向量回归(SVR)分析方法进行试验的数据分析。通过与传统回归分析方法比较,发现SVR模型的计算精度更高,研究成果可供工程设计参考应用。     

带胸墙斜坡堤单波越浪量的数值研究

基于FLUENT软件,采用有限体积法离散粘性流体的连续性方程、雷诺时均N-S方程及RNG k-ε湍流模型,VOF法捕捉流体自由表面,结合主动吸收式造波理论,建立了二维不规则波数值水槽。在验证数值水槽性能的基础上,利用其模拟斜坡堤越浪。通过数值计算结果与已有物模试验值的对比验证,表明了该数值模式计算的无胸墙斜坡堤平均越浪量、单波越浪量及带胸墙斜坡堤平均越浪量有较高的精度。藉此依据数值模拟结果,分析给出了带胸墙斜坡堤超值累积频率1%的单波越浪量的计算关系式。根据关系式,可通过带胸墙斜坡堤平均越浪量计算其1%单波越浪量。研究成果可为带胸墙斜坡堤单波越浪量的基础研究及相关工程设计提供一定的参考。     

不规则波作用下斜坡堤越浪的数值模拟

基于OpenFOAM建立三维数值波浪水槽生成不规则波,利用体积平均的RANS方程和包含非线性项的渗流方程描述斜坡堤内部的水体流动,通过网格划分工具对斜坡堤外层扭王护面块体进行全尺度精细划分模拟,研究了正向入射不规则波与扭王块体护面斜坡堤的相互作用。模型模拟实验室尺度及原型尺度斜坡堤得到的平均越浪量分别与试验结果及按照重力相似准则换算原型结果吻合较好,所建立的数值模型可以描述实际工况下扭王块体护面斜坡堤的越浪过程。     

波浪作用下扭王字块体稳定性研究

通过物理模型试验,研究在不规则波作用下斜坡式护岸护面采用扭王字块体时,摆放方式、摆放密度和坡度对扭王字块体稳定性的影响,给出不同摆放形式的护面层空隙率P以及不同摆放形式、摆放密度和坡度所对应的稳定系数KD的取值范围,并对越浪量进行对比分析,为工程设计提供参考。     

不同摆放方式扭王字块体稳定性研究

通过物理模型试验,研究了在不规则波作用下斜坡式护岸护面采用扭王字块体时,摆放方式对稳定系数KD和越浪量的影响,给出了不同摆放形式的护面层空隙率P,对应的稳定系数KD的取值范围,并对越浪量进行了对比分析。     

波陡对于扭王字块稳定性影响的试验研究

对于护面块体稳定重量的计算,目前最为常用的Hudson公式在计算护面块体稳定重量时,只考虑了波高的影响,没有考虑波陡对于护面块体稳定重量的影响。文章以两种不同重量的扭王字块作为斜坡提的护面块体,考虑3种不同的斜坡堤坡度,采用不同波陡的波浪进行护面块体稳定性的物理模型试验研究。结果表明,波浪的波陡对于护面块体的稳定性具有影响,对于同一重量的扭王字块,护面块体失稳波高随波陡减小和斜坡堤坡度变陡而减小;K_d数随波陡的增大而增大。     

斜坡堤护面肩台宽度优化的试验研究

在港口及海岸工程中,斜坡堤是一种传统的、广为采用的结构形式。文章通过模型试验,分析了波浪作用下不同肩台宽度对斜坡堤断面的稳定性、越浪量和胸墙受力情况的影响,对斜坡堤护面肩台宽度进行了调整,达到了优化的目的。