天科院大比尺波浪水槽的建设与应用前景

交通运输部天津水运工程科学研究院于2014年7月建成一座大比尺波浪试验水槽,该水槽长450 m、宽5 m、深8~12 m,目前是世界上尺度最大和造波能力最强的波浪试验水槽。文章首先分析了国内外大比尺波浪水槽的现状,并简要介绍了德国、日本、荷兰和中国台湾地区的大比尺波浪水槽,进一步结合天科院大水槽的功能设计及相关设施,分析了天科院大水槽的应用前景。     

新型水槽造波机参数设计与特点

在全球气候变化的背景下,近年来经常出现极端波浪造成海岸工程的破坏。为重现破坏过程,研究破坏机理,解释大风浪下泥沙的起动与运动,分析结构与地基在大浪作用下的耦合作用,需要大尺度的波浪水槽进行试验研究,以突破比尺效应的限制。新型水槽造波机是该水槽中重要的设备。通过分析我国波浪和工程特点,对比应用需求,得到造波机的主要设计参数。设计建设中的大比尺波浪试验水槽长450 m,宽5 m,深8~12 m,建成后将是世界上尺度规模最大和造波能力最强的波浪试验水槽,配套造波机的设计波高达到3.5 m。     

规则波作用下珊瑚礁直立式护岸波浪力大比尺模型实验研究

基于大比尺波浪水槽试验,采用弗劳德相似准则,按照1:15的模型比尺,开展了规则波作用下珊瑚礁地形上的波浪和直立式护岸的相互作用的研究,在不同水深和波浪条件下,测量了直立式护岸所受压强,并与规范值进行对比。实验结果表明实验测量值明显大于规范计算值;直立式护岸所受压强值与入射波波高和礁坪水深正相关,随护岸距礁缘距离增大而减小。通过将时均水深、增水、护岸距礁缘的距离无量纲化跟无量纲压强进行分析,得出结果表明当礁坪上水深足够深、护岸距礁缘距离小于0.5倍的波长的时候,所受压强只和入射波高有关;而波浪在礁坪上的增水越高,直立式护岸所受到的压强越大。因此综合考虑了周期、礁坪水深、增水和距离,拟合出基于该实验中筑堤珊瑚礁地形的直立式护岸波浪力估算公式,拟合公式计算精度高于现有规范公式。     

基于光学的波浪测量方法在波态研究中的应用

针对大比尺波浪水槽的实验环境特点,提出了基于光学影像系统的波浪测量方法,并将该方法应用于波态研究。其工作原理是:在水槽上边缘俯视拍摄波浪表面和水槽侧壁,依据给定的采样频率完成图像的截取,通过刻度尺标定、图像分割、灰度化、图像平滑滤波、波面识别来获取波面数据,进而进行波态研究,获得波浪在水槽中的空间形态。经实验验证,此方法实现了非接触测量,具有高精度、高灵敏度、高稳定性的特点,在波浪测量与监测方面具有广阔的应用前景。     

大比尺水槽波浪-防波堤-地基相互作用试验方法初探

依托交通运输部建设科技项目,拟在水槽中进行波浪-结构物-软粘土地基相互作用的试验,由于软粘土地基的制备耗费大量的人力、物力和时间,大水槽的建模和试验成本远远大于小水槽,受项目工期、试验场地和试验费用的制约软粘土地基试验可重复性较差,由于缺乏在大水槽中进行类似试验的经验,故先在已有沙地基上进行预备试验。文章针对已在大比尺波浪水槽中开展的波浪-半圆型防波堤-沙地基相互作用的试验,从模型的设计与半圆型沉箱的制作、土压和孔压传感器的布置和钻孔埋设技术、半圆体沉箱的吊装技术以及试验过程中出现的问题和注意事项进行了说明,从而为大比尺波浪水槽中进行波浪-结构物-地基相互作用提供了一套合理可行的试验技术。     

围油栏水动力特性大比尺物理模型试验研究

针对围油栏水动力特性的问题,进行了模型比尺为1:1的规则波、水流与围油栏相互作用的大比尺水槽物理模型试验。利用拉力传感器和Polhemus电磁式位置跟踪系统,对围油栏的受力和不同浮子的运动响应进行了测量,研究了不同环境因素(周期、波高、流速)对围油栏水动力特性的影响。试验结果表明,在波流组合的情况下,围油栏的受力情况对水流流速最为敏感,波高其次,波浪周期对其影响最小。围油栏不同位置的浮子水平运动特征不同,但各个浮子的运动响应幅值均对波高较为敏感,基本同波高成线性关系。同时,水流抑制了各个浮子的水平运动,但使其升沉运动更为剧烈。     

“大比尺波浪水槽实验技术”学术交流会在天津滨海新区召开

<正>本刊从交通运输部天津水运工程科学研究院获悉,交通运输部天津水运工程科学研究院由海洋工程研究中心主办的主题为《大比尺波浪水槽实验技术》学术交流会于2013年1月24日在天津滨海新区召开。来自中国海洋大学、天津大学、天津理工大学、中交港湾研究院以及日本国土交通省港湾空港研究所、日本丰海技     

水路绿色建设与灾害防治国际科技合作基地

<正>水路绿色建设与灾害防治国际科技合作基地(下称"国合基地")于2014年10月被科技部认定为示范型国际科技合作基地,依托单位为交通运输部天津水运工程科学研究院。国合基地拥有国际先进的大比尺波浪试验水槽、"L"型港池造波机、海港内河综合模拟实验厅等科研大设施和先进的波浪、水流、泥沙测试仪器设备以及数值模拟软件,拥有交通运输行业水运领域专家领衔的一流的科研团队。国合基地十分重视国际科技合作和学术交流,与美国休斯顿大学合作开展港湾突发性溢油应急及生态修复技术合作,利用天科院大比尺波浪水槽开展围油栏性能测试试验研究,提出围油栏功效综合     

水路绿色建设与灾害防治国际科技合作基地

正水路绿色建设与灾害防治国际科技合作基地(下称"国合基地")于2014年10月被科技部认定为示范型国际科技合作基地,依托单位为交通运输部天津水运工程科学研究院。国合基地拥有国际先进的大比尺波浪试验水槽、大型土工离心机、海港内河综合模拟实验厅等科研大设施和先进的波浪、水流、泥沙测试仪器设备以及数值模拟软件,拥有行业专家领衔的一流的科研团队。     

波浪作用下可渗沙质海床模型相似率研究*

海床渗流是海洋工程设计中重点考虑的因素之一，其影响着建筑物的稳定性，严重时还会引起海床液化。现有波浪与海床相互作用的有关研究尚未解决实验室内海床的模拟方法问题。基于此，进行波浪作用下可渗沙质海床模型相似率研究，通过系列波浪水槽物理模型试验，基于原型孔隙水压力与模型值相似的条件，提出实验室内模拟海床的相似准则。结果表明：沙质海床相似比尺与模型几何比尺的关系为λ海床=λ1/3。     

海底子母管线在规则波作用下的数值研究

采用三步有限元法离散N-S方程,建立了数值波浪水槽模型。数值研究了规则波作用下海底子母管结构的水动力特性。对海底子母管线所受波浪力的数值结果与物模实验结果进行比较。基于该数值模型,还考察了不同的子母管间相对缝隙G/D(0.1,0.25,0.5,0.75)对海底子母管线水动力特性的影响。分析得到了不同G/D下海底子母管线的涡脱落特性以及管线水动力系数随G/D的变化规律。结果表明,数值结果和实验结果吻合较好,该数值波浪水槽模型可用来计算波浪作用在海底子母管线上的水动力。关于不同G/D,得到了2种不同的涡脱落模式,在G/D较小(0.1,0.25)时,为"反相同步脱落"模式,在G/D较大(0.5,0.75)时,为"同相同步脱落"模式。     

基于实验的二维八边形液舱晃荡比尺效应研究

文章针对二维八边形液舱晃荡冲击的比尺效应开展了实验研究。实验根据弗劳德相似准则分别选择1:1原型液舱与1:2和1:3两个比尺模型液舱,在横荡单次冲击外激激励的作用下,考虑80%危险载液率分别对流体冲击侧壁、上斜板和顶板时的晃荡荷载与冲击波形进行了比尺效应对比分析。分析结果表明,冲击过程中,如果原型液舱和缩比模型液舱中对应冲击壁面处于流体中,包裹的气泡越少,冲击压力峰值由模型还原到原型时更接近于原型实验实测值;若考虑整个冲击过程中的流场形态,应尽可能选择大比尺液舱来开展晃荡模型实验。     

江苏科技大学船舶工程实验室——波浪水槽

<正>波浪水槽长40m,宽0.8m,深1m。造波机推板行程±350mm,频率范围0.2～2.0Hz,最大波高400mm。造流系统采用1台7.5kW双向轴流泵,采用变频控制器调速,最大流速0.3m/s。测试仪器有浪高仪、水流流速仪、压强测试仪、总力测试仪器等,在添加风机和盖板后也可以造风,能满足工程上的试验要求。     

新型钢结构浮式防波堤结构

浮式防波堤具有不影响海域物质交换、造价较低等优点,但是其结构连接及锚泊系统要求高的缺点限制了它的发展.为了克服浮式防波堤结构的这个缺点,同时发挥其消浪优势,利用大比尺波浪试验水槽通过物理模型试验对新型钢结构浮式防波堤消浪效果进行验证.试验通过浮式防波堤透射系数(Ct)与相对吃水(t∕D)、相对入水(t∕L)以及防波堤相...     

天津港工程实验基地简介

天津港工程实验基地是天津港技术中心的重要组成部分,是天津港实现“产学研”结合的科研基地。有博士生导师5人,硕士生导师9人,研究员12人,高级技术人员30多人,设泥沙、波浪、结构、环境工程、勘测及机软件开发等六个专业。 　　天津港整体模型是天津港工程实验基地的重要组成部分,模型水平比尺1：450,垂直比尺1：80,模型范围外海至-15 m水深;南至海河口以南6 km,北至蓟运河口,西至船闸上游15 km,整个水域面积为860 km2。 　　模型功能： 　　1.港口整体规划及发展过程中的水流流态变化及泥沙淤积研究; 　　2.海河口综合治理及其对天津港的影响的研究; 　　3.港区深水泊位泥沙淤积原因及防淤、减淤措施的研究; 　　4.城市污水排水对港区污染影响的研究; 　　5.水抛区泥沙运移情况及最佳位置的研究; 　　6.港口船舶发生原油泄漏污染扩散试验研究; 　　7.重要的科研实验基地、招商引资观光基地和人才培养基地。     

水运工程中物理模型试验造波机的发展与应用

文中首先对模型试验中造波机的分类和发展历程进行梳删,进而对交通运输部天津水运工程科学研究院所拥有的水槽造波机、水池造波机、L型造波机以及大比尺水槽造波机进行了介绍,最后分析了造波机的日常维护和保养措施。     

波浪生成研究和实验教学用水槽系统设计

针对波浪生成研究和波浪生成实验教学需要,基于摇板式造波机生波技术设计一种波浪生成研究和教学用水槽系统。利用该水槽系统进行规则波生成实验、不规则波生成实验、规则波重复性实验,结果表明,此水槽系统满足实验研究和教学需要。     

双联块体稳定性试验研究及参数测定

运用1∶30比尺的物理模型在波浪水槽中试验验证了双联块体在不同水位、不同波浪条件下的稳定性。防波堤为抛石斜坡堤,单层8 t双联块体护面,现场有效波高达到5 m以上,波浪平均周期13.83 s,试验得到了稳定断面。测定了双联块体的稳定系数KD,形状系数c和块体空隙率P′,糙渗系数KΔ及每100 m2护面块体个数N。结果表明双联块体有随机单层安放、容易制作、稳定性好等特征,该块体及试验成果在工程中已经采用,效果良好,有很好的推广价值。     

波浪在斜坡堤上传播的数值模拟

基于VOF自由表面追踪技术,通过直接求解Navier-Stokes方程及κ-ε方程,建立了求解波浪与建筑物相互作用的数值波浪水槽,并将其用于研究波浪在不透水斜坡堤上传播的物理过程。首先,通过对水平床上非线性波传播过程的模拟分析验证了该数值波浪水槽的模拟精度;在此基础上,对规则波在斜波堤上传播的水动力过程,包括波浪爬坡、越浪及越流等进行了数值模拟,并通过物理模型试验结果对堤前水位及越浪量变化的模型模拟结果进行验证。     

新型防波堤消浪特性数值模型的建立与验证

为探究新型圆弧护面透空式防波堤的水动力特性,建立三维数值波浪水槽,对其开展模拟研究工作。本文从模型的建立、自由面追踪技术和方程的离散求解等方面对数学模型进行了详细的阐述,利用实验数据对计算结果进行了验证,验证结果表明,该数值模拟方法的计算结果与实验数据有很好的相关性,证明本文构建的数值模型可以用于防波堤的波浪结构特点分析和附近的流场计算研究。