多块多刚体铰接式浮式防波堤消波特性数值模拟

为研究浮式防波堤的消波机理,在方箱型浮式防波堤的基础上,提出一种多刚体耦合式浮式防波堤设计方法,将方型旋转体与防波堤主体通过旋转关节进行耦合,建立多刚体耦合模型。在此基础上,通过改变方型旋转体模型吃水以下的截面形状,设计出U型体和半椭圆型体浮式防波提铰接模型。基于多体耦合运动理论,采用基于有限体积法理论的STARCCM+软件建立浮式防波堤消波数值模型和计算方法,对3种不同铰接构型的多刚体耦合式浮式防波堤水动力性能及消波性能进行数值分析,研究各构型的消波性能。结果表明：多块多刚体浮式防波堤内部多系统耦合运动加剧了对入射波能量的耗散,有较为出色的消波效果,通过对比3种不同构型的铰接式浮式防波堤,得到了多刚体铰接式浮式防波堤消波性能及水动力响应变化规律。研究结果可为浮式防波堤设计及工程化应用提供技术支撑。     

多刚体组合式新型浮式防波堤消波性能数值模拟分析

为提高浮式防波堤的消波性能,在传统方箱型浮式防波堤的基础上,提出了基于多体耦合运动理论的新型浮式防波堤构型。基于有限体积法建立浮式防波堤消波性能数值计算模型,并通过模型试验验证了数值计算方法的准确性。在此基础上,对规则波作用下不同多体耦合的新型浮式防波堤构型进行数值模拟,分析其水动力性能及消波性能。数值结果表明,新型浮式防波堤内部的多体耦合运动加剧了入射波能量的耗散,使得其消波性能比传统方箱型浮式防波堤更加优良,新型浮式防波堤的横荡、横摇和垂荡幅值也小于方箱型浮式防波堤,同时得到了多刚体铰接组合式防波堤中铰接刚体数量对其消波性能的变化规律,为浮式防波堤设计及工程应用提供技术支撑。     

气囊型浮式防波堤挡浪消波的数值模拟

临时挡浪设施在海况较差的海域为施工船舶提供一定的避浪掩护时使用.气囊型浮式防波堤具有运输方便、投放便捷以及造价低廉的特点,成为了首选的挡浪消波措施之一.通过调整网格划分方式、控制时间步长以及对自由液面网格局部加密等措施,建立了稳定的数值波浪水槽.采用原物理模型试验比尺建立气囊型浮式防波堤的水动力模型,并利用试验结果验证...     

新型捕能消波浮式防波堤数值模拟与试验研究

采用数值模拟和物理试验研究方法,研究了新型捕能消波浮式防波堤savonius型桨叶两种布置形式的捕能及消波性能。利用STAR-CCM+数值仿真软件,通过调用重叠网格、时间二阶离散、增加数值迭代的方法,建立了浮式防波堤三维水动力模型并进行数值模拟。研制了该防波堤物理试验系统,测试浮式防波堤捕能消波性能,综合分析数值模拟与物理试验的结果。结果表明,该新型浮式防波堤在桨叶转动频率与波浪频率相近时捕能功率最大,桨叶并列布置方式的消波性能比桨叶垂直布置方式更为优越。     

翼板浮式防波堤消波性能

随着近年来海岸工程与海上作业对浮式防波堤的需求不断增加,提出了一种带翼板的新型浮式防波堤。基于三维势流理论,对翼板浮式防波堤的消波性能进行了计算分析,并与传统方箱式浮式防波堤进行对比。证明了在较长周期的波浪中,翼板浮式防波堤拥有更好的消波能力。翼板浮式防波堤截面参数对消波性能的影响表明：1）箱体宽度越大、吃水越深,防波堤消波效果越好;翼板长度越长、角度越小,最优消波效果对应的波浪周期越长。2）适当调整截面参数,可以使翼板浮式防波堤适应更多的海浪环境、增加更多的适用场景。     

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。     

箱型浮式防波堤消波性能研究

基于势流理论,采用线性波假设和特征函数展开匹配法求解了箱型浮式防波堤的绕射和辐射问题。为提高收敛性,在流域Ⅱ中特征函数采用两双曲正(余)弦函数相除的形式。研究了浮堤宽度,吃水,重心位置和锚链预张力对箱型浮式防波堤透射系数的影响。计算结果表明,增加箱型浮堤的宽度和吃水可以减小透射系数。重心位置对箱型浮堤消波性能的影响很小,在相当大的范围内变化重心的垂向位置,透射系数几乎没有变化。锚链预张力并不是越大越好,在入射波波长较长的区间内,增加预张力可减小透射系数,在波长较短的区间内,增加预张力反而会使透射系数增大。     

不规则波对方箱浮式防波堤作用的数值模拟

采用线性波浪叠加法对不规则波进行数值模拟,采用时域边界元法对不规则波作用下的方箱浮式防波堤进行数值模拟。首先验证了不规则波的数值模拟的准确性,进而对不规则波作用下固定方箱浮式防波堤的受力进行数值模拟,并与规则波结果进行比较。结果表明不规则波作用下,单位宽度方箱垂向受力最大值要大于水平受力的最大值;与规则波情况相比,方箱的水平向受力变化幅度减小,垂向受力和横摇力矩则幅值增加。     

浮式方箱防波堤的AQWA数值模拟研究

利用AQWA数模软件,针对规则波和不规则波作用时浮式方箱防波堤的透射效果进行研究,试验表明:浮式方箱防波堤的透射系数随水深变化不大,消波效果较好;与传统防波堤相比,浮式方箱防波堤在水深增大后工程造价的增量有限.本研究可为浮式方箱防波堤的设计和应用提供参考.     

组合浮囊型浮式防波堤消浪特性的数值模拟研究

波浪-浮式防波堤相互作用的研究对于防波堤的性能优化起着重要的作用.文中提出了一种新型组合浮囊型浮式防波堤结构,并探究了该结构的消浪性能.通过Flow-3D软件进行数值计算,探讨了相对宽度及相对吃水对消浪性能的影响,分析了锚链系统的内力规律及结构整体的横荡、升沉与横摇运动规律.计算结果表明:当相对吃水D/d>0.5或相对...     

矩形方箱浮式防波堤消浪性能研究

通过物理模型试验,探讨矩形方箱锚链锚泊浮式防波堤在规则波作用时,透射系数随浮箱宽度、吃水深度、锚链初始张力等因素的变化规律。研究结果表明:增大浮箱的宽度和吃水深度,可以减小透射系数;增加锚链的初始张力,可以限制浮箱运动,减小透射系数。     

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。     

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。     

浮式防波堤拖航阻力性能研究

以特殊结构形式的防波堤力为研究对象,对其进行了拖航阻力的数值模拟和试验研究.首先对单个带锥头防波堤和不带锥头的防波堤进行了拖曳试验,试验结果表明:带锥头的防波堤的静水阻力比不带锥头防波堤的要减少58%~60%.其次通过对数值模拟结果与试验数据的比较,验证了数值模拟方法的可行性.最后,对组合后的防波堤进行拖航阻力试验和理论估算,并比较分析其结果.     

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。     

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。     

透空式防波堤透浪的数值模拟

基于FLUENT求解器,以N-S方程为控制方程,采用动量源方法及追踪自由面的VOF方法,建立了同时具有造波和消波功能的数值波浪水槽。利用该数值水槽对透空堤的透浪、越浪问题进行数值模拟,并与物理模型试验进行比较,结果表明:数值模拟能较好地复演防波堤越浪、透浪过程。     

集装箱浮式防波堤研究与应用

根据港珠澳大桥香港人工岛工程的实际需求,论证各种防波堤方案,并采用数值模拟和三维势流理论对集装箱浮式防波堤进行设计计算.集装箱浮式防波堤消浪效果明显、成本低,解决了深水区格形钢板桩大圆筒的施工问题;大部分构件可利用废旧材料加工,符合绿色发展的环保理念;结构简单,具有快速安装、快速转移、快速拆卸等特点,便于周转使用.集装箱浮式防波堤在香港人工岛工程中应用效果良好,作为一种海上临时挡浪结构,具有很好的推广应用价值.