波浪与水囊潜堤相互作用的数值模拟

基于黏性流体力学理论构建波浪与水囊潜堤相互作用的计算流体力学数值模型.利用高阶差分方法求解纳维斯托克斯方程,采用有限元方法求解结构动力学方程,采用虚拟单元浸入边界法实现流体和固体求解器的高精度耦合求解.通过流体体积方法实现界面重构,与试验结果比较验证模型的有效性.对规则波与不同充盈水囊潜堤相互作用进行数值模拟,寻找合适...     

U型振荡水柱式防波堤波浪力试验研究

U型振荡水柱波能装置具有较高的能量转换效率,并且可以和防波堤结构进行复合式开发,在降低工程造价的同时使防波堤功能多元化。而目前大部分研究仅侧重该装置的能量转换性能,对装置的受力及稳定性情况研究较少。文章构建了U型振荡水柱式防波堤的物理模型,研究了不同波浪条件以及装置结构尺寸对装置所受波浪力的影响。研究结果表明,气室前墙和前挡板所受的波浪力将随着入射波波高和周期的增大而增大,并且前挡板结构对波浪有一定的阻碍作用,随着前挡板高度的逐渐增大,气室前墙所受的波浪力逐渐减小。前挡板较高时,随着前墙高度的增大,前挡板的受力逐渐增大。     

波浪与防波堤护面块体相互作用模拟研究新进展

通过流固耦合三维数值模型与先进的GPU计算技术相结合,为模拟分析波浪与防波堤护面块体等水工构筑物的相互作用提供突破性的研究计算手段,能够克服现有连续介质波浪数学模型的不足,解决许多目前需要波浪物理模型才能解决的问题。该模型具有边界改变方便、成本低、分析速度快的特点,能满足多方案设计对科研的要求,因此在工程领域有广泛的应用前景。     

箱筒型基础防波堤基础筒土压力数值模拟研究*

通过将波浪荷载作用下箱筒型基础防波堤问题简化为平面应变问题,利用有限元数值模拟,分析在波浪荷载作用下防波堤基础筒壁的土压力分布和发展变化情况。数值计算表明:波浪荷载作用下港侧基础筒外土压力有显著增长,海侧基础筒外土压力有显著降低,是影响防波堤稳定的重要因素。中间隔墙内土压力变化微小,土体与防波堤位移大致相同。海侧基础筒港侧内墙和港侧基础筒靠海一侧内墙上土压力分别发生一定程度的降低和一定程度的增长。同时分析了用于稳定性简化计算的极限状态下各路径上的土压力近似分布。     

波浪与防波堤相互作用研究

根据国内外学者的研究成果,综述了在海岸和近海工程中波浪-防波堤相互作用的一些研究情况和进展。     

幕墙式防波堤水动力特性的数值模拟研究

基于CFD开源程序库OpenFOAM,采用不可压缩粘性两相流模型,以VOF方法捕捉自由面,利用速度入口边界造波法造波,通过添加松弛因子的方式消波,建立二维数值波浪水槽,模拟分析幕墙式防波堤的水动力特性。利用物理模型试验数据,验证数值模拟结果的可靠性。数值算例表明:当消浪室相对宽度为0.08～0.10,下垂板相对吃水深度为0.09～0.12时,幕墙式防波堤消浪效果最好;下垂板底角的方向对消浪效果影响较小,但对下垂板受力影响较大,综合考虑消浪效果与波浪力,推荐下垂板底角位于右下端;下垂板周围存在明显的涡旋,能够有效耗散入射波能量。文章所建立的二维数值模型可以有效模拟波浪与幕墙式防波堤的相互作用,为工程优化设计提供科学指导。     

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...     

浮式方箱防波堤的AQWA数值模拟研究

利用AQWA数模软件,针对规则波和不规则波作用时浮式方箱防波堤的透射效果进行研究,试验表明:浮式方箱防波堤的透射系数随水深变化不大,消波效果较好;与传统防波堤相比,浮式方箱防波堤在水深增大后工程造价的增量有限.本研究可为浮式方箱防波堤的设计和应用提供参考.     

深水防波堤软土地基数值模拟

某深水防波堤为斜坡式结构,水深18～30 m,软土层厚度超过30 m,基础采用部分开挖换填方式,基底保留了10余米原状软土层,地基沉降较大。为准确预计竣工后地基沉降,预留堤顶沉降以满足堤顶高程的设计要求,采用数值方法研究深水防波堤深厚软土地基沉降变形和稳定性。在利用施工期水下地基监测获得的大量实测数据验证数值模型真实可信的基础上,模拟防波堤的开挖和抛填施工及长期沉降全过程,得到各典型断面的最终沉降、施工期沉降和竣工后沉降,可为堤顶预留竣工后沉降及后期防波堤维护提供参考。同时,利用该模型进一步复核了防波堤地基的安全稳定性。     

浮式防波堤拖航阻力数值模拟与试验

对一种圆筒型的浮式防波堤进行介绍,在此基础上对拖航阻力的数值模拟方法以及模型试验的过程进行阐述。通过数值模拟与模型试验的方法对这种圆筒型浮式防波堤的拖航过程中的拖航阻力进行较为透彻的研究,分别分析这2种方法下圆筒型浮式防波堤随着航速增加拖航阻力的变化情况。为更好地分析2种方法下的拖航阻力情况,圆筒型浮式防波堤在2种方法下的缩尺比例相同。通过对圆筒型浮式防波堤拖航阻力的数值模拟结果与模型试验结果进行对比,可以得出浮式防波堤拖航阻力的数值模拟与模型试验之间的差距,为浮式防波堤实际的拖航工程提供更为可靠的依据,以此来保证拖航过程的经济、安全。     

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。     

数值波浪水槽在半圆堤波浪力计算中的应用

以N-S方程为控制方程,以k-ε模型为紊动封闭模型,采用VOF方法重构自由表面,建立了垂向二维数值波浪水槽。模拟了规则波与半圆堤的作用过程,结果表明,单点数模波压力过程与物模实测结果符合良好。研究中发现,数模计算中若堤后计算区域设置过短,堤上越浪可以引起堤后水量累积和水位上升现象,从而造成堤身背浪面压强总体增大,由此算得的防波堤总水平波浪力最大值偏小16%~20%。提出了将堤后计算区域延长到4~5倍波长的办法,计算结果表明,堤身背浪面压强上升及堤身总水平力下降现象基本消失。     

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。     

M船型阻力数值模拟

采用商业软件fluent对M船型阻力进行数值模拟,用VOF方法处理自由液面,得到不同航速下M船阻力。将数值计算结果与模型试验结果进行比较,在Fr〈1时,数值计算结果与船模试验吻合;1     

U型折叠式夹层板防护性能数值仿真分析

开展夹层板单元防护性能研究可为舰船防护结构设计提供指导。以某船底加筋板架为应用对象,设计出U型折叠式夹层板结构;利用MSC.Dytran对船底板架及夹层板结构在水下爆炸冲击载荷下的动态响应进行数值仿真分析,通过分析流-固耦合压力、损伤变形、速度、加速度、结构塑性吸能等性能参数,对比研究两结构的防护性能;分析夹层板在不同冲击强度下的损伤特性,面板厚度、夹芯板厚、夹芯与面板夹角、夹芯单元宽度、夹芯高度等结构参数对夹层板损伤变形、结构吸能等特性的影响。通过研究得到了U型夹层板在水下爆炸冲击载荷下的损伤特性、变形模式等,U型夹层板的防护性能明显优于传统加筋板架,夹芯层在夹层板抵抗水下冲击载荷中起到关键作用,结构参数对防护性能产生不同程度的影响。     

双峰谱海浪的数值模拟技术研究

海上的波浪观测资料统计表明，海上纯风浪和纯涌浪的出现机会比较少，大部分以混合浪形式出现，其频谱结构多为双峰甚至多峰。研究双峰谱波浪的模型表述和数值模拟技术，对三种典型的双峰谱海浪进行了数值模拟，仿真结果表明了双峰谱海浪数值模拟的有效性。     

潜堤透射系数经验公式的验证

开展潜堤数值模拟研究的关键问题在于潜堤透射系数的确定.根据断面物理模型试验测得的潜堤透射系数对国内外众多计算潜堤透射系数的经验公式进行验证,发现杨正己的经验公式计算结果与实测值吻合度较高,且略偏于安全,可作为潜堤数值模拟时估算波浪透射系数的一种辅助手段.     

航道水深对波浪传播影响的数值模拟研究

利用CGWAVE波浪数值模型探讨波浪入射角度不同时航道水深对波浪传播的影响,得出航道与两侧岸滩不同水深比条件下的波浪临界入射角。通过与物理模型试验的对比验证该数值模型的可信度,并将其应用于曹妃甸中心渔港一期工程项目中,本研究的相关成果可用于指导航道工程设计和建设。