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。     

长周期波浪下双浮箱浮式防波堤消浪性能*

长周期波作用下浮式防波堤消浪性能的研究对于浮式防波堤的工程应用起着重要作用。基于开源软件OpenFOAM,采用RANS方程和SST k-ω紊流模型模拟流场,通过重叠网格方法实现波浪-浮式防波堤相互作用的模拟。移植并应用MOODY程序库,构建二维流固耦合双浮箱数值波浪水槽模型。通过已有物理模型进行验证,证明模型的可靠性。进而开展单双浮箱消浪性能对比研究,分别研究波高、浮箱个数、浮箱间距和锚链刚度对浮箱消浪性能的影响。得出结论：1）波高增加时浮箱消浪性能提高;2）为提高消浪性能,应尽可能采用双浮箱（或者多浮箱）缩短浮箱间距;3）增加锚链刚度也可以提高浮箱的消浪性能。     

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。     

基于数值和实验方法的非透浪梳式防波堤的水动力学特性研究

采用源函数造波法建立了三维数值波浪水槽模型,模拟了不同随机种子数(NW)下的随机波浪,与目标谱对比的结果证明当NW=200时,采用文中的数值方法可以得到较好的模拟精度;建立了随机波浪对一种非透浪梳式防波堤作用的数值模型,通过数值模拟结果和实验结果的比较,验证了该数值模型的有效性。对该非透浪的梳式防波堤的水力学特性进行了实验研究,并应用上述数值方法对结构的所受冲击波浪力机理进行了分析,数值结果证明在该结构的危险水位下,由结构的翼板和胸墙下底板所构成的异型空腔结构是导致翼板上产生较大冲击压力的主要因素。在此基础上,为了消减翼板的冲击压力,提出一种改进的结构型式,最后对该改进结构的翼板上波浪力特性和波浪反射系数进行了实验研究。     

浮式防波堤形状对挡浪消波效果的影响分析

为探究典型海况下不同形状浮式防波堤的挡浪效果,使用势流理论,考虑入射波、绕射波和反射波的作用,对提出的4种典型形状浮式防波堤的挡浪效果进行对比分析,并讨论不同波浪周期下浮式防波堤的挡浪适应性.该数值模拟方案具有可行性,数值模拟结果具有一定的参考价值,可以为后续各临时挡浪设施选型研究提供参考.     

基于OpenFOAM的海岸结构越浪数值模拟

海浪遇到海岸建筑物时可能会发生越浪。越浪会对海岸建筑物产生冲刷,并对后方的人员及设施造成威胁。防波堤作为一种常见的海岸建筑物,其越浪量一直受到关注。本文基于开源计算流体力学软件OpenFOAM,建立数值波浪水槽,模拟斜坡式防波堤上的越浪过程。在防波堤结构顶部设置通量面,采集越浪量。验证所建立数值波浪水槽耗散性良好,未出现明显的波高衰减,所得越浪量与物理模型实验结果进行对比,结果表明数值模拟所得越浪量合理,可以进一步开展海岸结构越浪研究。     

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。     

鼎形浮式防波堤消浪性能研究*

为进一步提高矩形浮式防波堤消浪性能,设计一种鼎形浮式防波堤,基于STAR-CCM+软件建立二维数值模型,分析3种潮位下吃水深度、弧墙高度和弧墙角度对该结构消浪性能的影响。研究结果表明：与矩形方箱浮式防波堤相比,鼎形浮式防波堤可有效提升消浪性能;该结构透射系数随着吃水深度、弧墙高度和弧墙角度的增加而减小;反射系数随着吃水深度和弧墙高度的增加而增大,弧墙角度对浮堤的反射系数影响不明显;透射系数随着相对宽度的增加总体呈下降趋势,反射系数随着相对宽度的增加总体呈上升趋势。在研究的波浪要素条件下,当结构参数设置为吃水深度0.2 m、弧墙高度0.05 m、弧墙角度54°时,透射系数、反射系数分别达到0.11、0.61,此时为最优参数设置,浮堤的消浪性能最好。     

波长对桩基透空式防波堤透浪性的影响

桩基透空式防波堤的透浪性主要受波浪水深条件、挡浪板入水深度、桩基结构布置等因素的影响,并且各种因素相互作用,较为复杂。结合两个实际工程的断面物模试验,着重分析了波长对防波堤透浪性的影响,试验结果对类似工程的设计具有较好的参考价值。     

不规则波作用下排桩式透空堤透浪系数试验研究

排桩式透空堤是一种新型的防波堤形式,通过三维的波浪物理模型试验,分析了不规则波作用下相对入射波高、相对波长、相对堤宽、不同波向以及桩间肋板等因素对排桩式透空堤透浪系数的影响规律。试验结果表明:透浪系数会随着相对入射波高和相对堤宽的增大而减小,随着相对波长的增大而增大;与正向波相比,波浪斜向入射时的透浪系数较大。此外,与桩间不带肋板的排桩式透空堤相比,带桩间肋板的排桩式透空堤具有更明显的消浪效应,对于透浪系数的衰减率在10%～60%之间。当排桩式防波堤主要受正向来浪作用时,整体物理模型值与整体数值模拟值和断面物理模型值的误差较小;然而,当排桩式防波堤受斜向来浪作用较为明显时,整体数值模型值和断面物理模型值与整体物理模型值之间存在不可忽视的误差,此时应该配套进行整体物理模型试验来进一步确定结构设计参数。     

透空式梳式防波堤的数值模拟和波浪透射系数的研究

基于FLUENT求解器,采用源函数造波方法建立了三维数值波浪水槽,应用不同的造波源函数生成线性波浪、二阶Stokes波浪和不规则波浪.建立了规则波浪和不规则波浪与梳式防波堤相互作用的数值模型,验证了水平波浪力折减系数和堤前反射率的数值结果;并对梳式防波堤有效减小波浪力的机理进行数值解释.对透空式梳式防波堤的透浪特性进行...     

开孔沉箱防波堤消浪作用的理论研究及应用

开孔式沉箱防波堤是在沉箱的迎浪面的沉箱外壁上开孔，使波浪遇到开孔壁后，产生波浪的入射，反射，透射等相互作用，减小外壁对入射波的反射作用，与不开孔沉箱防波堤相比，具有液压力小，波高反射小等优点，本文根据微幅波理论给出了高波反射系数的计算式和液压强的计算式，与试验资料相比，吻合程度很好。     

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。     

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。     

双排可调节浮箱式防波堤消浪特性试验研究

本文对一种双排可调浮箱式防波堤在规则波作用下的消浪效果开展模型试验研究。该防波堤结构由前后两排矩形浮箱构成。模型试验在波浪水槽中进行,主要针对不同布局方式下(即不同的前后箱间净距和后排箱吃水深度)的波浪透射系数,同时重点分析了波浪透射系数与入射波波坦、前后箱间净距、后排箱吃水深度之间的变化规律。     

某斜坡堤工程消浪措施效果的试验分析

通过断面波浪物理模型试验,实测了某游艇港斜坡式防波堤的越浪量及堤内侧波高数据,分析防波堤顶高程的调整以及消浪肩台、护面块体坡顶宽度的变化对防波堤防浪效果的影响。试验研究结果为工程设计提供了科学的依据,同时对类似建港工程也具有比较实用的借鉴意义。     

基于Fluent的双侧挡浪板透空堤透浪特性的计算

基于Fluent软件平台,采用两相流与VOF模型,通过Fluent的UDF二次开发功能建立数值水槽模型,且对双侧挡浪板透空式防波堤透浪特性进行数值计算,经与物理模型试验结果进行对比,进而展开多组次计算试验,探究d/H＞5条件下双侧挡浪板透空式防波堤透浪特性的影响因素,基于此,拟合双侧挡浪板透空式防波堤透浪系数公式,可计算相应范围条件下双侧挡浪板透空式防波堤透浪系数。     

涌浪条件下斜坡式防波堤越浪量的对比分析

海外港口工程大部分位于以涌浪为主的海域,涌浪对防波堤的作用未得到全面认识。越浪量一直是斜坡堤设计中需要重点考虑的问题,其直接关系到结构的安全和使用。以某一具体港口防波堤工程为例,对其防波堤进行了波浪断面和局部整体试验,研究涌浪作用下斜坡堤(单坡、无挡浪墙)的平均越浪量,并与计算结果进行对比分析。研究结果表明:1)断面试验和局部整体试验结果表明斜坡堤越浪量随着波浪周期的增大而增大,而国内规范公式计算结果随着波浪周期的增大而减小。2) EurOtop公式越浪量计算结果不考虑波浪周期的影响; ANN(人工神经网络)方法越浪量计算结果也随着波浪周期的增大而增大。3)总体上,ANN方法越浪量计算结果与物理模型试验结果的吻合程度均明显好于国内规范公式和EurOtop公式计算结果。     

带反弧角的直立堤平均越浪量计算方法比较

反弧角对降低平均越浪量有良好效果,但不同的文献和规范给出的相关计算方法存在差异。根据国内外学者基于三维波浪模型的试验成果以及相关的规范、文献,并结合实际工程的物模试验,对带反弧角直立式堤平均越浪量的各种计算方法进行分析比较。结果表明,Eur Otop法适用性广且结果贴近试验值,CEM法公式简单且结果保守,可为类似的港口工程提供参考。     

浮式防波堤消浪特征研究

在分析各类浮式防波堤消浪机理及影响因素的基础上，将将式防波堤的消波作用概化为1种非线性的输出与输入的泛函，以人工神经网络作用原理建立浮式防波堤透射系数神经网络模型，在波浪槽中用不同类型的浮式防波堤进行多次消波效果的试验，结果表明，浮式防波堤透射系数神系数神经网络模型具有较好的模拟预测效果。