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。     

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。     

基于LabVIEW的水槽造波机控制系统的开发

以天津大学海岸工程实验室长×宽×高=90 m×2 m×1.8 m的双轴推板式波浪水槽为对象,开发基于LabVIEW的造波机控制系统。该系统包括造波计算、运动控制、状态监视以及数据采集等部分,实现在水槽造波机上的多轴同步控制。该系统可以实现多种规则波和不规则波的模拟,具有友好直观的人机界面,操作方便。对于虚拟仪器技术及LabVIEW在造波机控制领域的应用具有重要意义。     

具有ARC功能的摇板式造波机的应用研究

船舶试验科学的发展促进了水池试验水平的提高,采用具有ARC(主动式消波)技术的造波系统会有效地吸收各种反射波,明显提高水池的波浪模拟质量.本文针对摇板式造波机,对主动反射吸收造波原理进行推导,提出了适用于规则波和不规则波的摇板式造波机的主动消波方法,并在水槽中设计出一套用于ARC造波的计算机控制单元板造波装置,最后通过试验结果对这种方法进行了主动消波的验证.     

国内第一座无反射造波机实验水槽在天津港湾工程研究所落成

2005年6月28日，国内第一座无反射造波机实验水槽在天津港湾工程研究所举行了落成庆典及剪彩仪式。天津港湾工程研究所张敬所长在庆典仪式上介绍了有关无反射造波机实验水槽的情况。交通部水运司李永恒处长，交通部科教司邹力处长，王焱处长；     

基于FLUENT的垂向二维数值波浪水槽的造波效果

建立精准的数值波浪水槽需要选取合适的造波方法、波浪方程和网格尺寸。利用FLUENT流体力学模型,采用源项法、推板法、速度边界法3种造波方法,分别建立不同网格尺寸和波陡条件下的数值波浪水槽。结合相应的波浪理论,比较采用各造波法的数值一阶线性波和二阶Stokes波、三阶Stokes波效果,得出数值波传播特点、适宜网格尺度及波陡对数值波效果影响。结果表明,源项造波法造波的波高沿水槽衰减最快,对网格尺寸变化最敏感;推板造波法数值造波效果最好;速度边界造波法计算效率最高,数值波高沿水槽衰减速度最小;在数值水槽的波浪传播有非线性作用影响,导致即使造波是线性波,传播到一定距离后,波面也有非线性变形。     

电动造波机的研究与设计

介绍电动造波机的各组成部分及其在模型试验中的应用,并讨论了实验室内模拟海浪的造波效果测试。水槽模拟海浪的检验结果表明,本造波机系统能够准确地模拟规则波、不规则波、孤立波和奇异波,实际波形与理想波形拟合较好,波高与周期的误差均满足JTJ/T 234-2001《波浪模型试验规程》的要求。     

基于二阶造波理论的聚焦波实验室模拟

目前实验室中的聚焦波均是利用线性叠加原理产生的,其中造波板位移为各组成波浪按线性造波理论所得分量之和。但是聚焦波浪特性会受到线性造波板位移产生的自由伪谐波的影响。文章采用二阶造波理论建立实验室中聚焦波浪造波软件,并分别采用一阶理论和二阶理论进行物理水槽和数值水槽造波实验,结果表明采用二阶造波理论可以有效地提升水槽聚焦波浪的模拟精度。     

水槽造波机参数确定及无反射技术研究

用势函数理论计算出水槽不规则造波机的最大行程、负载力和功率。基于造波板前设置水位传感器与无反射情况的水位变化相对比 ,构成反馈的闭环控制思路 ,研究实现消除二次反射的方法。     

应用VOF方法分析波浪与透空式码头的作用

应用VOF(Volume of Fluid Method)的二维数值波浪水槽模型,计算了某工程透空式高桩码头的透浪系数,并与实验结果及Wiegel,Kriebel公式计算结果进行了比较,为减小造波边界的二次反射影响,在数值波浪水槽左端设置了可吸收式造波机数值边界条件,数模得到的透空码头的透浪系数与实验结果吻合较好,与Wiegel、Kriebel等学者的理论公式计算结果一致.     

实验室水槽内基于二阶理论的波浪模拟

实验室常用的一阶造波理论中的小振幅假设会在造波时生成附加的自由伪谐波,该波浪会影响造波的质量,而二阶造波方法可以通过附加造波板运动消除该自由伪谐波。文章基于Sch?ffer建立的二阶造波理论,建立了实验室水槽造波软件,针对规则波和不规则波,分别采用一阶和二阶理论进行推板造波实验,验证了二阶造波方法的有效性,二阶造波方法可有效抑制自由伪谐波,得到更精确的波形,并对采用二阶造波理论产生波浪时的问题进行了讨论。     

基于 OpenFOAM 的数值波浪水槽的建立与验证

论文基于粘性不可压缩流体的 N‐S 方程,采用开源 CFD 代码 OpenFOAM 建立了二维数值波浪水槽,并对水槽的造波效果进行了验证。结果表明：采用 OpenFOAM 能够方便建立符合设计要求的数值波浪水槽;数值水槽能够产生试验所需的规则波动;水槽消波区域作用良好,能够消除反射波对自由波动区域的影响。     

水池摇板式造波机传递函数研究

文章介绍了自研的分段摇板式造波系统。该造波系统在拖曳水池安装完成后,进行了造波机的传递函数试验,并与势流理论结果进行了比较。通过试验得到,该造波系统具有良好的频响特性。同时,由分析比较可知,在进行造波机初步设计时,采用势流理论计算的造波机最大冲程应至少增加5%。     

VC与Fortran混合编程及其在实验室水槽造波系统中的应用

为了提高造波软件的开发效率,界面和图形部分采用VC开发,波浪计算部分由Fortran编程,并成功地开发了实验室水槽造波软件的不规则波模块,为了验证该模块的准确性,对其主要的两个过程:即谱到时序列和时序列到谱进行了验证,结果令人满意。     

基于Fluent的二维数值平面造波

使用Fluent软件,结合VOF(VolumeofFluid)方法、N-S方程和RNG流模型,通过对C语言的二次开发,进行了二维数值波浪水槽的模拟。通过与理论结果的比对验证,验证了本文对于椭圆余弦波和Stokes波造波的可行性。     

吸收式造波机控制系统的研究与设计

在借鉴国内外先进造波技术和经验的基础上,对造波机控制系统的组成进行分析研究,设计完成造波机控制硬件系统;根据吸收式造波理论编写控制软件,并进行吸收式与非吸收式造波试验。试验结果表明,该控制系统能有效地解决模型试验中的多次反射问题。     

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。     

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。     

分段式造波机生成斜向波浪特性的理论研究*

分段式造波机是实验室模拟真实海浪以及研究波浪特性的重要设备。单元造波板的相对宽度和波浪周期是影响分段式造波机生成波质量的重要因素。通过数值模型研究分段式造波机生成斜向波浪的理论特性,分析了波浪周期与相对造波板宽度对波浪传播的影响,总结分段式造波机的有效区域范围的变化规律,可为实际试验提供参考。     

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。