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。     

基于AQWA的双浮箱-双水平板浮式防波堤水动力分析

运用AQWA软件,针对双浮箱-双水平板浮式防波堤,建立不规则波作用下浮体锚链的耦合模型,研究时域情况下,改变水平板与浮箱的垂直间距,分析浮体运动响应以及锚链受力情况;并深入探讨了不同波浪周期和波高情况下水平板长度对浮体运动响应以及锚链受力的影响.结果表明,增加水平板与浮箱的垂直间距和水平板长度,可以有效减小浮体运动响应和锚链受力.波高和波浪周期是浮体重要的水动力因素,波高越大,波浪周期越长,浮体运动响应越剧烈;当浮体水平板长度达到21米左右时,整个防波堤达到最佳锚泊状态.     

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。     

双排浮式防波堤透射系数分析

为研究双排浮式防波堤的水动力特性,本文通过数值模拟的研究方法,在AQWA软件中建立了双排浮式防波堤的数值模型,对正向入射波与一个双排浮式防波堤单元的相互作用进行了研究。在模型验证的基础上,分析了不同周期波浪作用下,锚链刚度、后箱吃水等因素对浮堤的透射系数的影响。结果表明:相同波浪下双排浮式防波堤的消浪效果要优于单排浮式防波堤。研究双排浮式防波堤的消浪性能,可以为实际工程提供一定参考价值。     

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。     

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。     

中长周期波浪作用下多层板浮式防波堤尺寸特征对消浪性能的影响

多层板浮式防波堤具有质量轻、结构简单、造价低、便于移动、可重复使用、不受水深和地质条件限制等优点。毛里塔尼亚某疏浚工程施工区涌浪大、周期长，严重影响绞吸船的正常施工。为解决中长周期波浪干扰的问题，降低工程预算，基于开源流体力学平台OpenFOAM，采用雷诺平均N-S（RANS）方程和剪切应力输运（SST）k-ω紊流模型对流场进行模拟，分析板长、板间距、板厚等尺寸特征和不同波浪周期对多层板浮式防波堤性能的影响，确定影响多层板浮式防波堤消浪性能的主要尺寸参数。结果表明，提高多层板浮式防波堤消浪性能最直接有效的方法是增加板长；板间距变化对消浪性能的影响并不完全确定，需要依据实际需求进行选择。     

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。     

悬链式单浮箱防波堤水动力特性试验研究

为研究悬链式单浮箱防波堤水动力特性的影响因素,采用二维物理模型试验方法,讨论规则波下相对吃水S/d、相对宽度B/L、锚链刚度k、锚链系泊倾角α等因素改变时浮堤模型的透射系数K_t和锚链上最大拉力F的变化规律。试验分析采用平均波高计算透射系数K_t,以前1/10最大拉力平均值作为最大拉力F。结果表明:相对宽度B/L0. 3时,相对宽度B/L是影响浮箱模型消浪性能的主要因素;相对吃水S/d0. 14时,相对吃水S/d是影响锚链上最大拉力F的主要因素。所得结果可以为悬链式单浮箱防波堤的设计和进一步研究提供参考。     

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。