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。     

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。     

基于δ-SPH方法的多孔潜堤共振反射数值模拟研究

基于δ-SPH方法,通过在控制方程中引入介质阻力项,建立波浪与多孔潜堤相互作用的数值波浪水槽。对比数值模拟结果与物理模型试验结果,发现二者符合良好,验证了数值模型的可靠性。通过数值算例分析,研究了波浪参数、多孔潜堤参数等对双排梯形多孔潜堤Bragg共振反射的影响。研究表明:当入射波长约为2倍潜堤中心间距时,潜堤发生主频共振反射;波浪未破碎情况下,入射波高的变化对共振反射影响较小;降低堤顶水深、增加潜堤中心间距或增加潜堤宽度能够增强共振反射;当梯形潜堤顶宽固定时,主频反射系数随坡度增大而减小,当潜堤底宽固定时,主频反射系数随坡度增大而增大。文章数值模型能够有效模拟波浪与多孔介质潜堤的相互作用,可为工程设计提供参考。     

波浪与弧板式透空堤相互作用的数值与试验研究

将连续性方程和雷诺平均纳微斯托克斯方程作为控制方程,引入主动吸收式造波边界消除造波板的二次反射,并采用阻尼消波方法减小水槽末端的波浪反射。应用流体体积函数法追踪流体自由表面,构建波浪与弧板式透空堤相互作用的数值模型。通过物理模型试验对建立的数值模型的准确性与可靠性进行验证,探讨弧板式透空堤的消浪性能和受力特性。研究结果表明,波浪对弧板式透空堤的透射系数与反射系数的影响均较为显著,透射系数随相对板宽的增大而减小,反射系数随相对板宽的增大略有增大。弧板上下表面所受波浪压力的分布特征差异显著,同一表面所受正负波压力近似呈对称分布。研究结果可为弧板式透空堤的工程应用提供参考。     

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。     

分层流体中三维球体水下运动尾迹的数值模拟

采用求解RANS方程和基于VOF方法的非定常粘性数值方法并结合湍流模型对球体在两层流体中水下运动时的尾迹特征进行了针对性的研究,成功模拟出球体在水下运动产生的表面波和内波,与理论分析及其文献研究计算结果进行对照,取得了较为一致的结果,为进一步使用粘性CFD方法系统研究分层流体中潜体运动尾迹的生成机理、传播特性等问题打下了坚实的基础.     

海上浮式风机在波浪作用下的动力响应分析

基于三维线性频域势流理论和脉冲响应函数方法计算时延函数与时域波浪力,利用准静定系泊模型来模拟系泊力,利用计算流体力学方法得到粘性阻尼系数,建立了风机在波浪作用下的时域运动方程.论文求解DeepCwind半潜式平台风机的动力响应,计算结果与试验值以及其他数值模拟结果吻合的较好,证明了方法的适用性.     

桩基挡板透空堤与潜堤消浪特性数值计算研究

为改善港内水域平稳度,本文采用Fluent软件建立桩基挡板透空堤与潜堤的数值波浪水槽联合模型,在设计高水位及2年一遇波浪组合下,计算潜堤断面尺度(坡比、堤顶宽度、堤身高度)和潜堤位置变化的120组试验工况,研究潜堤的消浪特性,得到潜堤位于距透空堤1/6波长位置与潜堤高度2.5 m能够改善水域平稳度,满足堤后H4%波高均小于0.6 m。     

考虑护面块体影响的越浪数值模拟

为了在斜坡堤数值计算中考虑护面块体的影响,借鉴海绵阻尼层的消波方式,在湍流模型的控制方程中引入等效护面块体系数μ*的概念,并将等效系数μ*与规范中常用的糙渗系数KΔ相联系,构建了基于糙渗系数KΔ求解等效系数μ*的数值转换途径。该方法拓展了波浪数值模型的应用范围,在波浪与结构物相互作用的数值研究方面具有新意。     

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。     

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。     

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。     

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。     

潜式双层水平板型防波堤的数值研究

基于VOF方法建立了波浪与潜式双层水平板型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的透射系数和波浪力。综合考虑了相对板宽B/L、相对波高H/D、波陡H/L、相对板间距S/D和相对潜深d/D等影响因素,给出了透射系数和波浪力荷载随这些影响因素的变化规律。为了方便工程实际应用,拟合出了透射系数和总竖向波浪力的计算公式。公式计算结果与试验结果进行了对比,二者吻合良好。     

不同护面形式对潜堤透射系数的影响

针对实际工程中广泛应用的潜堤结构,采用物理模型试验的方法,对不规则波作用下不同护面形式对潜堤透射系数的影响进行了研究,讨论相对堤顶水深、相对堤顶宽度、深水波陡对潜堤透射系数的影响以及不同护面块体对消浪特性的影响。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。     

潜堤次生波波高规律的试验研究

在物理模型试验的基础上,选取斜坡型潜堤为研究对象,对不规则波作用下潜堤的透射特性进行研究。同时选取相对堤顶水深、相对堤前水深和波陡作为主要影响因素,分析不同因素对堤后波高的影响,提出了波高透射系数的计算公式,并对不同的波高透射系数计算公式进行对比。研究结果表明文中提出的计算公式可行,可以为潜堤次生波的研究提供参考。     

波能转换型浮式防波堤的水动力性能研究（英文）

The integration of wave energy converters(WECs) with floating breakwaters has become common recently due to the benefits of both cost-sharing and providing offshore power supply. In this study, based on viscous computational fluid dynamics(CFD) theory, we investigated the hydrodynamic performances of the floating box and Berkeley Wedge breakwaters, both of which can also serve as WECs. A numerical wave flume model is constructed using Star-CCM+software and applied to investigate the interaction between waves and wave energy converters while completing the verification of the convergence study of time and space steps. The effects of wave length on motion response and transmission coefficient of the floating box breakwater model are studied. Comparisons of our numerical results and published experimental data indicate that Star-CCM+ is very capable of accurately modeling the nonlinear wave interaction of floating structures, while the analytical potential theory overrates the results especially around the resonant frequency. Optimal damping can be readily predicted using potential flow theory and can then be verified by CFD numerical results. Next, we investigated the relationship between wave frequencies and various coefficients using the CFD model under optimal damping, including the motion response, transmission coefficient, reflection coefficient,dissipation coefficient, and wave energy conversion efficiency. We then compared the power generation efficiencies and wave dissipation performances of the floating box and Berkeley Wedge breakwaters. The results show that the power generation efficiency of the Berkeley Wedge breakwater is always much higher than that of the floating box breakwater. Besides, the wave dissipation performance of the Berkeley Wedge breakwater is much better than that of the floating box breakwater at lower frequency.     

采用有限差分方法模拟穿孔式防波堤规则波中水动力性能研究（英文）

Using a discretized finite difference method, a numerical model was developed to study the interaction of regular waves with a perforated breakwater. Considering a non-viscous, non-rotational fluid, the governing equations of Laplacian velocity potential were developed, and specific conditions for every single boundary were defined. The final developed model was evaluated based on an existing experimental result. The evaluated model was used to simulate the condition for various wave periods from 0.6 to2 s. The reflection coefficient and transmission coefficient of waves were examined with different breakwater porosities, wave steepnesses, and angular frequencies. The results show that the developed model can suitably present the effect of the structural and hydraulic parameters on the reflection and transmission coefficients. It was also found that with the increase in wave steepness, the reflection coefficient increased logarithmically, while the transmission coefficient decreased logarithmically.     

波浪荷载对斜坡式潜堤作用的数值分析

基于动量源数值造波消波技术,运用Fluent软件成功地模拟了在不同的斜坡角角度和水深组合下斜坡式潜堤所受的波浪作用。通过分析斜坡角角度和水深对斜坡潜堤所受波浪力的影响,得出斜坡潜堤所受波浪力受水深影响较大、受斜坡角角度影响较小。该研究为进一步深入研究斜坡潜堤在波浪动力荷载作用下的力学行为提供计算模型,并为实际工程设计提供了有价值的参考。