模拟斜坡堤上越浪量一种新的数值模式

利用FLUENT软件,基于粘性不可压缩流体的雷诺时均N-S方程和k-ε湍流模型,采用有限体积法对控制方程进行离散,建立数学模型。基于质量源造波和动量源消波的方法,在连续方程和动量方程中加入造波源项和消波源项,采用VOF方法捕捉自由表面,开发了无反射造波的二维数值波浪水槽,通过数值模拟值和理论值的对比,对该数值波浪水槽进行了验证。进而,利用该数值波浪水槽模拟斜坡堤的越浪问题,分析了平台宽度、斜坡坡度对越浪量的影响,并将数值模拟结果和前人物模试验结果相对比,二者趋势一致,吻合良好,表明了该模型在处理斜坡堤越浪问题方面的有效性和精确性,从而建立了利用FLUENT模拟斜坡堤越浪问题一种新的数值模式。     

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...     

斜坡堤上平均越浪量计算方法的比较

针对海岸工程中的越浪量问题,国、内外学者进行过大量研究,提出了多种计算平均越浪量的方法,但由于考虑的影响因素不同,计算结果常有较大差异.目前,在我国的海堤、护岸等海岸工程设计中,多按"允许越浪量"为控制条件初步确定堤顶高程,再由物理模型试验加以验证.本研究基于三维波浪模型试验,综合针对斜坡堤上平均越浪量的主要研究成果,...     

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。     

斜坡型潜导堤波浪力特性的数值研究

为研究各水位期不同波高作用条件下,斜坡型潜堤所受波浪力的特性,基于某潜导堤工程设计与物理模型资料,采用FLUENT软件建立二维波浪数值水槽,用物理模型试验数据验证模型的可靠性,对不同淹没水深和波高下斜坡型潜导堤所受波浪力进行数值计算,分析波浪力与相对波高、相对淹没水深之间的关系,结合其他形式潜堤波浪力的经验计算公式拟合得出该斜坡型潜导堤堤顶面最大波浪力计算公式。结果表明:波浪力大小受相对波高、相对淹没水深的影响较为显著,其影响机理与波浪场流体运动特征相关;相对于波高的变化,波浪力对淹没水深的变化更为敏感,且波浪力在不同的淹没水深区间和不同的作用位置均呈现出不同的变化规律。     

国内外斜坡堤挡浪墙水平波浪力计算研究

本文通过研究国内外5种斜坡堤挡浪墙水平波浪力计算公式,从波浪要素、墙底高程、肩宽大小、掩护情况、斜坡堤坡度和适用范围6个方面进行对比分析,并辅以设置不同工况进行实例对比计算。结果表明国标公式因采用波浪参数较小使得波浪力计算结果偏小,且其采用固定折减系数考虑墙前掩护结构影响,对挡浪墙结构设计指导性不足;BS6349-7公式和Jensen&Bradbury公式简单,其计算结果的经验性较强;改进的Pedersen公式和Martin公式参数考虑因素较为全面,且Martin公式适用范围较广。本文研究对斜坡堤挡浪墙设计有理论指导意义。     

波浪非线性对斜坡堤透浪特性影响研究

利用三维动压模型NHWAVE模拟了不越浪斜坡堤的透浪试验,并使用物理模型数据进行了验证。通过厄塞尔指数和波陡研究波浪非线性对斜坡堤透浪特性的影响,并采用相对长度(相对堤宽B/L)而不是绝对长度(B)来表示静水面处的堤身宽度。在此基础上计算得到新的透浪系数K L,同时讨论了堤后透浪系数与波浪非线性等因素之间的关系。结果表明,波浪非线性对透浪系数有着非常显著的影响。最后根据试验结果拟合出斜坡堤透浪系数的经验公式,为防波堤工程建设提供一定的参考依据。     

波浪与潮汐耦合模拟技术研究

波浪与潮汐耦合模拟技术相关研究,可为沿海防灾体系建设、灾害评估、预警及应对等提供技术支撑,对预防和减轻沿海台风暴潮和台风浪灾害具有重要的意义。回顾风暴潮和波浪物理模型试验的研究成果,分析波浪与潮汐耦合模拟的最新研究进展和发展趋势,通过将连续的风暴潮水位变化过程与加密离散后的波浪过程进行叠加,用造波机和生潮设备连续生潮造波的方法,在水槽中实现了潮位和波浪的同步变化,从而在实验室中实现波浪与潮汐的耦合模拟,并将之应用于模拟实例。     

基于非静压方程的斜坡堤越浪数值模拟

越浪是波浪与建筑物相互作用的一种重要现象,越浪量的大小往往影响到斜坡堤顶高程的设计。为研究斜坡堤越浪问题并对越浪量做出预报,基于非静压波浪数学模型模拟了规则波及不规则波在光滑不可渗斜坡堤上的越浪过程,并分别与小尺度和大尺度水槽的越浪量实验研究成果进行了比较,结果表明基于非静压方程的波浪数学模型能够较好地模拟规则波及不规则波在斜坡堤上的越浪。     

长周期波浪作用下斜坡式引堤结构设计分析

针对长周期波浪周期长、波能大的特点,本文以具体工程为例,分析了长周期波浪对斜坡式引堤结构稳定性的影响,并结合波浪物理模型断面试验结果和工程造价对方案进行优化设计,为该类工程提供借鉴.     

不规则波作用下斜坡堤越浪的数值模拟

基于OpenFOAM建立三维数值波浪水槽生成不规则波,利用体积平均的RANS方程和包含非线性项的渗流方程描述斜坡堤内部的水体流动,通过网格划分工具对斜坡堤外层扭王护面块体进行全尺度精细划分模拟,研究了正向入射不规则波与扭王块体护面斜坡堤的相互作用。模型模拟实验室尺度及原型尺度斜坡堤得到的平均越浪量分别与试验结果及按照重力相似准则换算原型结果吻合较好,所建立的数值模型可以描述实际工况下扭王块体护面斜坡堤的越浪过程。     

不规则波作用下斜坡堤越浪量试验研究

考虑允许部分越浪对海堤设计十分重要。通过具体工程波浪断面物理模型试验,研究了不同波要素和断面尺度对斜坡堤越浪量的影响,比较了随机、规则两种扭王字块体摆放型式的消浪效果。结果表明:堤顶超高对越浪量的影响最大,随着相对堤顶超高的增大,越浪量呈指数形式递减。肩台及平台宽度和波陡对越浪量也有影响,相对肩台及平台宽度越大,越浪量越小;波陡越大,越浪量越小。护面层空隙率相同的不同扭王字块体摆放型式下,斜坡堤越浪量基本相同。典型越浪量公式计算值与文章试验值相比都偏小,陈国平公式计算结果较为准确。     

水波传播与变形的数值模拟

A numerical approach was performed to predict the propagation and transformation of nonlinear water waves. A numerical wave flume was developed based on the non-periodic high-order spectral (HOS) method. The flume was applied to analyze the effect of wave steepness and wavelength on the propagation of nonlinear waves. The results show that for waves of low steepness, the wave profile and the wave energy spectrum are stable, and that the propagation can be predicted by the linear wave theory. For waves of moderate steepness and steep waves, the effects associated with the interactions between waves in a wave group become significant and a train of initially sinusoidal waves may drastically change its form within a short distance from its original position.     

国内外标准斜坡式海堤波浪爬高计算方法对比

波浪爬高是确定斜坡式海堤堤顶高程的重要因素,直接影响工程安全和造价,而目前国内外标准针对波浪爬高的计算方法存在较大差异。随着中国企业参与海外工程越来越多,工程设计人员掌握国内外设计标准不同计算方法的必要性逐步显现。介绍国外常用的美国标准Coastal Engineering Manual(简称CEM)、欧洲标准Wave Overtopping of Sea Defences Structures and Related Structures Assessment Manual(简称EurOtop)以及国内《港口与航道水文规范》。通过对比波浪爬高的计算方法,总结梳理各计算方法的差异性,得出CEM与EurOtop考虑的波浪爬高计算影响因素较为全面、具有较强实用性的结论。为斜坡式海堤设计中波浪爬高方法的选取提供一定参考。     

基于OpenFOAM的礁坪上波浪底部切应力数值模拟研究

文章基于OpenFOAM的两相流求解器OlaFlow建立了考虑壁面函数边界条件的礁盘地形数值波浪水槽,利用礁盘地形上波浪传播物模试验结果验证了所建数模的可靠性。通过验证后的模型进行了不同入射波要素和水深条件下波浪在礁盘地形上传播的数值模拟,分析了波浪底部切应力在礁坪上的沿程变化,以及相对水深、入射波高和波周期对波浪底部切应力的影响。结果表明：随着礁坪上相对水深的增大,向岸和离岸切应力呈减小趋势;随着入射波高和周期增大,向岸和离岸切应力呈增大趋势;向岸切应力最大值主要出现在礁缘后方,随入射波周期增大,向岸切应力最大值出现位置向礁缘后方移动;离岸切应力最大值主要出现在礁缘处。     

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。     

阶梯形丁坝局部冲刷特性数值模拟*

阶梯形丁坝局部冲刷特性研究对河道整治工程方案设计具有重要意义。应用平面二维水流泥沙数学模型,研究来流条件及丁坝尺度对阶梯形丁坝局部冲刷的影响。结果表明：在清水恒定流作用下,冲刷达到平衡所需历时主要受来流条件影响,而受丁坝几何尺度的影响相对较小;随着弗劳德数Fr的增大,冲刷坑面积A、最大冲深hs总体均呈线性增加,Fr≤0.565时平均冲深 随Fr增长较慢,Fr＞0.565时 随Fr增长相对较快;一级丁坝高度、二级丁坝长度对局部冲坑形态及冲深发展的影响具有一定的等效性;hs与 均随一级丁坝相对高度ψ的增加而增大,当ψ＞0.7时其增幅趋于平缓。     

高防护等级海堤越浪的数值模拟

以福建省泉州市的某高防护等级海堤设计为依托,在已完成的物理模型研究结果基础上,尝试采用Flow3D软件建立数学模型,进行模拟越浪量研究,对防浪墙顶高程的合理性进行分析,并对不同形式的海堤护面结构进行数值模拟研究。该数值模拟方法具有较大的工程应用价值,可为今后在其他海堤工程设计中提供一定的参考价值。