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。     

潜堤掩护水域波浪计算方法

采用波浪断面物理模型试验和数学模型耦合的方法,研究了抛石潜堤后方掩护水域的波浪计算方法。潜堤后方掩护水域波高由潜堤越浪后的再生波、潜堤间口门绕射波和小风区浪组成,其主要影响因素有潜堤结构形式、入射波浪要素、风区长度等。采用耦合模型,根据物理模型试验的结果,验证数模计算成果,考虑了越浪波高传递的沿程衰减,波浪相互作用时的能量损耗等因素,通过调整波浪破碎指标和波浪能量耗散参数,直接计算堤前设计波浪要素,计算结果更符合实际,为工程设计提供科学依据。     

规则波作用下组合式潜堤消浪性能试验研究

通过物理模型试验对梯形和矩形组合式潜堤的消浪性能进行研究,比较组合式潜堤与单排布置潜堤的消浪性能,分析堤顶水深、波高、间距及组合堤排数等因素对潜堤透射系数Kt的影响。试验结果表明:组合式潜堤的透射系数随着堤顶水深的增加而增加,随着波高的增大而减小;组合式潜堤排数越多消浪效果越好,可根据实际工程需要恰当地选择潜堤的布置排数。     

潜堤及透浪式建筑物的波浪数值模拟研究

在工程设计中会遇到大范围潜堤及透浪式建筑物条件下的泊稳问题,物理模型试验受场地限制难以实施。尚无有效的解决实际工程问题的平面二维数值模拟方法。文章以某港为例,采用断面物理模型试验和数学模型试验相结合的方法,将断面物理模型试验实测的透射系数作为数学模型的输入条件,通过在数学模型中设置虚拟潜堤的方法有效模拟了潜堤的透射和反射。该方法为解决潜堤及透浪式建筑物的越浪与透浪问题,提出了一种有效的数、物模相结合的数值模拟方法,为港口总平面设计提供了科学的研究依据。     

不同结构形式潜堤消浪性能物理模型试验研究

波浪经过透水结构的传播是波波相互作用非线性的过程,难以用数学模型进行准确模拟。针对这一复杂问题,选取了矩形、梯形、三角形、半圆形4种结构形式的潜堤,采用波浪断面物理模型试验的方法对这4种结构形式潜堤的消浪特性进行了研究。选取常用的影响因子,分析4种潜堤在波浪作用下透射系数随影响因子的变化规律,并通过经验公式对试验结果进行验证。研究结果表明潜堤消浪性能受入射波浪要素、潜堤相对堤顶水深、潜堤自身尺寸等因素影响较大。     

非线性波与可渗潜堤的相互作用数值模拟

把波浪场与可渗潜堤内部的孔隙流场作为一个整体问题,从Navier-Stokes方程出发,采用k-ε模型来封闭雷诺方程,作为波浪场的控制方程,以Forchheimer方程作为孔隙流的控制方程,用VOF方法跟踪自由表面,应用施主与受主单元模型求解流体体积函数F的输运方程。以椭圆余弦波为入射波,数值模拟了椭圆余弦波在可渗潜堤前后的波面变化过程,并得到了潜堤内部孔隙流压力的变化结果。     

长周期波浪作用下顶宽对抛砂潜堤稳定性的影响研究

非洲西北岸线,常年遭受来自北大西洋的涌浪袭击,其长周期的波浪特性和作用效果,尚未有全面的认识和研究。通过物理模型试验,再现了长周期波浪作用下抛砂潜堤的平衡过程,对比了不同顶宽情况潜堤稳定断面形态的影响,分析了影响的主要因素。     

柔性水囊潜堤消波机理研究

柔性水囊潜堤由橡胶制成、内部充水,具有结构简单、造价低廉等优点,能较好满足人工岛、跨海桥梁、海洋平台等基础设施建设工程对简单便携、拆装方便的临时防波堤的需求。论文基于自主研发的数学模型开展规则波与半圆柱形柔性水囊潜堤相互作用的数值模拟研究,开展了模型试验验证,重点探究柔性水囊潜堤与规则波相互作用过程中的消波机理,分析不同内压对水囊结构消波性能的影响。     

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...     

规则波作用下斜坡堤越浪量的数值模拟

台风过境产生极端波浪造成斜坡式海堤越浪,现有计算越浪量的经验公式都存在适用性的问题.为探求台风天气下舟山区域斜坡堤越浪量计算公式,基于VOF方法,对Navier-Stokes方程和k-ε方程进行求解,建立速度边界造波和阻尼消波的数值波浪水槽.在水槽中建立斜坡堤模型,通过改变影响越浪量的相关因素,模拟台风浪条件下规则波作...     

不同护面块体潜堤的消浪特性试验研究

以斜坡式潜堤为研究对象,通过物理模型试验的方法,选取相对淹没水深、护面结构形式的糙渗系数、坡度等因素的变化对潜堤消浪特性的影响进行了研究。首先,分析了在规则波作用下相对淹没水深、护面结构形式的糙渗系数、坡度等因素对潜堤透射系数的变化规律,得到了各因素对潜堤透射系数影响程度,同时给出了波浪在潜堤附近传播时沿程波高变化情况。其次,采用与规则波相同的研究方法,分析了在不规则波作用下相对淹没水深、护面结构形式的糙渗系数、坡度等因素对潜堤透射系数的变化规律,得到了各因素对潜堤透射系数的影响程度,并给出了波浪在潜堤附近的沿程变化情况。     

大型港口潜堤越浪后港内波况研究

采用波浪物理模型和数学模型相结合的方式,研究了大型港口潜堤越浪后港内的波况。基于断面物理模型试验,测定了波浪在潜堤的堤前和越堤后的传播规律,通过数学模型研究了波浪传播到港内的波况。对天津临港工业区的港内波况进行了分析研究,分别对TK-2D的缓坡方程波浪数学模型和MIKE21的BW波浪模型的模拟结果进行对比,结果表明2种波浪数学模型均可模拟潜堤越浪对港内波高的影响,但对于潜堤越浪后次生波的衰减特性模拟均不够准确,有待于进一步研究。     

基于BEM与VOF耦合模型的潜堤附近波浪变形研究*

BEM和VOF方法是目前模拟近岸波浪变形的2种有效方法。以这2种模型为基础构建了一个前域应用BEM、后域应用VOF方法的波浪数值计算耦合模型（BEM+VOF模型）,并应用该模型对波浪越过水下潜堤的波面变形过程进行研究。结果表明,计算值与实验值吻合良好,说明本文建立的波浪耦合模型可以很好地模拟波浪和结构物的相互作用。     

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。     

可渗潜堤波浪透射系数试验研究

针对实际工程中广泛应用的潜堤结构,采用断面物理模型试验的方法,对规则波作用下波浪与可渗潜堤的相互作用进行研究,讨论了淹没水深R_C与波高H之比R_C/H、波高H与周期的平方T~2之比H/(gT~2)、堤顶宽度B与波长L之比B/L、潜堤坡度m以及堤心石粒径D与波高H之比D/H等无因次参数与潜堤堤后透射系数K_t的关系。在前人研究成果的基础上,提出了改进的经验计算公式,为潜堤的工程设计提供理论参考。     

潜堤透浪系数的试验研究

通过物理模型的试验模拟,研究并分析了影响透射系数的各个因素(包括相对淹没水深、相对堤顶宽度、波陡),给出了各种因素组合下透射系数的变化规律。将试验值与前人公式计算值进行比较,并分析数据的差异及原因;分别拟合了规则波及不规则波情况下潜堤透射系数公式。     

FVCOM模型在潜堤附近水流运动模拟中的应用

采用FVCOM中的导堤—丁坝模块,对上挑形淹没丁坝附近的水流进行数值模拟,并与已有物理模型试验观测到的自由水面线和流速分布资料进行了比较。结果表明,FVCOM模型模拟结果与试验结果有较好的一致性,模型能够合理描述潜堤顶部过水现象,反映潜堤附近三维环流特征。     

潜堤传递波高系数研究

《防波堤与护岸设计规范》推荐的浅堤传递波高系数计算公式仅考虑了堤顶相对水深这一主要影响因素。本文基于MIKE21 SW建立波浪数值计算模型,针对浅堤传递波高系数的各影响因素展开研究,并对推荐公式在不同工况下的适用性进行分析。研究结果表明：堤顶相对水深和堤顶相对宽度是潜堤传递波高系数的主要影响因素;2≤B/H≤3且hc/H≤1.25时,推荐公式的适用性良好;B/H≤1、B/H≥4、2.0＞hc/H≥1.5时,须结合相关试验研究确定潜堤传递波高系数。