波浪入射角度和周期对系泊船舶运动影响的数值模拟研究

基于MIKE 21 Mooring Analysis系泊分析软件,模拟研究在不同周期和入射角度的不规则波作用下系泊船舶运动的变化规律。结果表明,系泊船舶运动量随波浪入射角度和波浪周期的变化相互影响。在不同周期波浪作用下的系泊船横移、横摇和升沉运动量均随波浪入射角度的增大而增大,横摇运动的共振效果随着波浪入射角度远离90°方向逐渐减弱,升沉运动量在波浪入射角度靠近90°或0°方向时基本不变。当入射波浪周期较长时,纵移和回转运动量随着波浪入射角度的增大先增大后减小,一般在波浪60°入射时产生峰值。     

OWC-开孔浮式防波堤消浪性能的数值研究*

为了使浮式防波堤在消波的基础上兼具发电功能,提出一种新型结构形式——OWC（振荡水柱）-开孔浮式防波堤。对其在规则波作用下的消浪性能进行数值研究,分析了浮堤的间距、开口宽度、锚泊方式、入射角度等因素的影响。结果表明：1）在3种波高、不同周期波况下,与普通双浮堤相比,OWC-开孔浮式防波堤的消浪性能较好;2）浮堤间距和 OWC开口宽度越宽,消浪效果越好;3）锚链不拖地的浮堤消浪性能略优于锚链拖地情况,波浪正向入射比斜向入射时消浪效果好。     

垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤消浪性能及受力研究

浮式防波堤的锚固方式主要有锚链锚固式和导桩锚固式等,垂直导桩锚固的浮式防波堤在波浪作用下浮体主要进行升沉一个自由度的运动。通过二维波浪物理模型试验对垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤的消浪性能和受力情况进行了研究。研究结果表明,同一波高下,垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤的波浪透射系数均随着相对宽度B/L的减小而变大。当浮箱相对宽度相同时,波高较大时垂直导桩锚固单浮箱式浮式防波堤的波浪透射系数较小,尤其对于相对宽度较大(B/L0.2)的情况。与锚链锚固时相比,由于垂直导桩锚固时浮堤的波浪反射和波能损耗均明显增强,垂直导桩锚固时浮堤的波浪透射系数明显减小、消浪性能明显提高。波浪作用下,垂直导桩所受的水平力大小随入射波高的增大而明显增大,导桩所受的正向水平力随着相对宽度B/L的减小(即波浪周期的增长)为减小的趋势,反向水平力随相对宽度B/L的变化规律不明显。     

基于Delft3D的离岸堤附近波浪与波生流数值模拟

基于Delft3D三维波流耦合模型,模拟了仅波浪作用下出水离岸堤附近的波浪与波生流,与物模试验资料进行了对比,结果表明,Delft3D波流耦合模型能较好模拟波浪在近岸区域的浅水变形、折射、绕射、破碎等物理现象,波高、波生流沿断面的分布与试验结果吻合良好,验证了该模型在波浪传播变形、波生流模拟的可靠性;研究了不同入射角度与不同波高时离岸堤附近波生流的形态,研究表明入射角度增大,沿岸流也随之增大,离岸堤后方环流逐渐向波浪入射方向的下游移动,不同的入射波高条件下,离岸堤附近流态并没有太大变化,波高增大主要引起流速增大。     

加纳特马港防波堤稳定性局部物理模型试验研究

非洲西海岸几内亚湾涌浪周期长、风暴期间大浪持续时间长,加纳特马港新集装箱码头防波堤还受到斜向浪作用,为研究防波堤转弯段的护面稳定性,建立了港池局部整体物理模型。试验结果表明,防波堤各部位满足稳定要求,但转弯段和堤根段局部堤顶护面块石的失稳数较大。分析了波浪入射角对防波堤各部位稳定的影响,堤顶和堤后块石主要受越浪的作用,波浪和堤轴线夹角较大时,波浪入射角些许变化对堤顶及堤后块石稳定影响不明显;波浪和堤轴线夹角较小时,波浪入射角增大导致越浪量变大使堤顶及背浪面块石失稳数增大。     

较大周期波浪作用下大型系泊(LNG)船舶运动响应试验研究

采用物理模型试验方法,对横向较大周期波浪作用下一艘大型系泊(LNG)船舶运动响应特性进行了研究。结果表明:系泊船舶纵移、横移和回转运动存在着自振周期;横移运动为周期性运动,横移自振周期与船舶横摇固有周期比值在1.11～1.23间,且横移运动峰值随着波浪周期的增大而增大;不同装载状态下,升沉运动随波浪周期增大的变化规律一致,升沉运动量最大值大于波高;横向波浪作用下,系泊船舶纵摇运动受波浪周期变化影响很小;横摇运动为周期性运动,横摇自振周期与船舶固有横摇周期的比值在1.23～1.48间,横摇运动峰值随波浪周期增大而增大。     

顶浪中首固定翼波浪推进艇的运动响应和航速预测

基于STAR-CCM+软件对安装首固定翼的无人艇在顶浪规则波条件下的运动响应和波浪推进航速进行研究。利用DFBI模块建立了波浪推进艇的数学模型,应用SST k-ω模型,结合VOF方法,对波浪推进艇在不同周期和波高条件下的运动响应进行数值仿真,得出波浪推进艇垂荡和纵摇运动频率响应函数(RAO)及航行速度。研究结果表明：随着波高的增大,水翼产生的推力逐渐增大;艇体的垂荡运动响应受波高影响较小,艇体纵摇运动响应由于水翼产生的阻尼效应随着波高增大而逐渐减小;波浪推进艇航行速度随着波高增大先增加而后迅速减小。     

斜向波浪作用下直立式防波堤前沿波浪特性试验研究

在波浪与结构物相互作用过程中,若入射波波向与结构物小于某个角度时,会产生沿着建筑物传播的Stem波。它的波能在传播过程中迅速集中,对堤结构的稳定性以及港内波浪条件产生重要的影响。通过三维波浪物理模型试验,对比分析了规则波和不规则波下Stem波的波高分布随波浪入射角的变化规律以及不同结构形式防波堤前Stem波的波高分布。研究结果表明：规则波和不规则波作用下直立堤前Stem波波高垂直于堤轴线方向均呈部分驻波的分布形式,规则波作用下直立堤前Stem波波高垂直于堤轴线方向的变化幅度明显大于不规则波。对于不开孔直立堤,相同入射波浪周期下,波陡较大时Stem波比波高较小;而在不同波浪周期下,波浪入射角较小时,波陡对Stem波比波高影响不大;在波浪入射角度较大时,波陡较大则Stem波比波高较小。波浪入射角和直立堤开孔与否对直立堤前Stem波比波高的影响较大,且规律明显。     

防波堤波浪越顶对港内波高的影响

较低顶高程的防波堤波浪越顶会对港内波高产生影响。针对某一具体工程实例,进行防波堤波浪越顶后透射波 高的断面和整体模型试验,结果表明：斜向浪（45°以下）作用下,堤后透射比波高随着距防波堤距离增大而逐渐消减,当 水工结构物距防波堤较远时,透射波高远小于断面试验结果;局部防波堤波浪越顶对港内波高的影响明显小于全部防波堤 波浪越顶情况。     

单船港内首尾双锚锚泊允许波高的试验研究

目前我国渔港港内锚地允许波高的规定是参照国外规定按经验确定,缺乏有效的试验支撑。为了验证现行规定的港内锚地允许波高的合理性,以275HP拖网渔船为代表船型进行了单船首尾双锚锚泊的物理模型试验,研究了渔船首尾双锚锚泊系统在不规则波作用下的锚泊力及运动量的情况,分析了波浪入射角度、渔船载况、波高及周期对锚泊力和运动量的影响。实验结果表明,锚泊力在90°横浪作用时最大,随着载重和波高的增大而增大,随着周期的增大而减小。横摇角度同样在90°横浪作用时最大,随着载重的增大而减小,随着波高的增大而增大;当波浪周期接近渔船横摇周期时,横摇角度达到最大,随后随着周期的增大而减小。试验结果得出,在本次试验范围内,此渔船单船首尾双锚锚泊时的允许有效波高建议取为0.7m。研究结果为港内锚泊允许波高的确定以及渔船缆绳的设计提供了有效的支持。     

基于AQWA的双浮箱-双水平板浮式防波堤水动力分析

运用AQWA软件,针对双浮箱-双水平板浮式防波堤,建立不规则波作用下浮体锚链的耦合模型,研究时域情况下,改变水平板与浮箱的垂直间距,分析浮体运动响应以及锚链受力情况;并深入探讨了不同波浪周期和波高情况下水平板长度对浮体运动响应以及锚链受力的影响.结果表明,增加水平板与浮箱的垂直间距和水平板长度,可以有效减小浮体运动响应和锚链受力.波高和波浪周期是浮体重要的水动力因素,波高越大,波浪周期越长,浮体运动响应越剧烈;当浮体水平板长度达到21米左右时,整个防波堤达到最佳锚泊状态.     

多体浮式防波堤消波特性数值模拟

多体浮式防波堤消波特性是决定其应用价值的重要因素,基于三维势流理论,通过使用Ansys Workbench软件和AQWA Graphical Supervisor(AGS)图像后处理软件,对多体浮式防波堤在不同入射角和浮筒吃水深度下的消波效果展开研究。结果表明,在入射角度为90°时,多浮筒浮式防波堤能够最大程度地消减波浪。同时,透射系数随吃水深度的增加而不断减小,但结构稳定性会下降。因此,实际工程中应尽量保证浮式防波堤的迎浪面与波浪的来波方向垂直,这样可以获得较好的消波效果,同时应尽量避免选择吃水深度过大的浮式防波堤。     

半潜式浮基风电平台设计及波浪动力响应分析

为了开发深海风能资源,研究浮基风电平台在波浪中的响应特性,设计了一种半潜式浮基风电平台。应用ADINA软件,采用边界造波方法、ALE动网格方法以及网格变疏增大数值黏性的消波方法构建了数值波浪水池,对ITTC半潜式平台在规则波作用下动力响应进行了数值模拟,通过与该平台的模型试验数据进行比较,验证了数值模拟方法的准确性。而后对一种新型的浮基风电平台在波浪中的运动进行了数值研究,给出了风电浮基平台在不同水深、不同波高波浪周期情况下横摇、纵摇时程曲线。数值计算结果将有助于了解浮基风电平台塔架顶端的运动、位移和受力,为海上风机系统的设计提供合理的荷载参数。     

刚性薄板在波浪场中的动力响应

基于物理模型试验,对刚性薄板在波浪场中的动力响应问题展开研究。测量并分析了不规则波况下,薄板相对尺度、相对波高和相对水深等对薄板系泊力、运动响应、板后波高分布及薄板点压力分布的影响,进行了对比分析。结果表明:试验范围内,在不规则波况下,薄板系泊力以及纵移和纵摇运动分量均随相对波高的增大而增大,随相对板长的增大而减小,且趋势由急变缓,在达到4~5L后呈稳定状态,故从系泊力以及纵移和纵摇运动分量角度给出水动力学定义,当刚性薄板尺度达到4~5L则可称为超大型浮体。     

斜向波浪对斜坡堤胸墙作用力的试验研究

斜坡堤胸墙的稳定性主要受到波浪作用的影响,而且实际工程中斜坡堤多受斜向波浪作用。通过斜向与正向不规则波对斜坡堤胸墙作用的物理模型试验研究,分析斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数随水位和波浪入射角度的变化规律,并与斜向波浪对单元直立堤的作用情况进行对比。结果表明:斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数总体上随着水位的降低而变小,随着波浪入射角度的减小而变小;斜向波浪总浮托力的折减系数一般小于总水平力的折减系数;在不同水位和波浪入射角下,斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数与单元直立堤有一定差别。     

新型柔性浮堤消浪性能的综合试验研究

针对柔性浮式防波堤对短波、长波均有较好掩护效果的优点,提出一种圆木阻尼式柔性浮式防波堤结构。通过二维水槽中规则波物理模型试验,研究该柔性浮式防波堤在有无浮板时的消浪性能,并对试验结果进行对比分析。结果表明:该柔性浮式防波堤对短波、长波都有良好的消波效果,有浮板柔性浮堤优于无浮板柔性浮堤。     

透空式防波堤断面波浪模型试验研究

对广东海安新港荔枝湾码头拟建的桩基透空式防波堤进行了断面波浪模型试验研究,结果显示:透波系数大小与水位、波浪重现期、波高累积频率、波周期和透空堤结构尺度有关;在不同工况和组合条件下,透空堤堤后波高均小于0.6m,满足设计要求;最好采用优化后的挡浪式透空防波堤。     

框架型半潜式消浪结构消浪特性研究

为对框架型半潜式消浪结构的消浪特性进行研究,采用边界元方法对比分析了在规则波作用下,半潜式消浪结构和不同类型浮式消浪结构周围浮体运动响应RAO变化及堤后波浪场云图变化情况。结果表明,波浪的入射角度、相对吃水深度对浮式消浪结构的消波效果具有很大的影响;框架式半潜式消浪结构在相同条件下的透射系数明显低于其他三种常见的浮式防波堤结构;对多体半潜式消浪结构稳定性影响最大的为浮体的横摇方向。研究表明,相同工况下框架型半潜式消浪结构的透波度更低,能更好的发挥结构的消波效果。     

削角直立式防波堤波浪力的试验研究

为了研究削角直立式防波堤上波浪力的分布规律，寻求适合于削角直立堤的波浪力计算公式，通过对削角沉箱防波堤的不规则波物理模型试验，得到了作用在防波堤上的水平波浪力、削角斜面上的竖向力以及堤底面上的浮托力系列，经与合田良实直立堤波浪力计算公式对比，表明作用在防波堤迎浪面的波压力分布与合田方法相近。根据分析检验，提出了相应的水平波浪力、斜面竖向波浪力以及堤底浮托力的不确定系数，并建议对斜面竖向波浪力的计算值进行适当调整。     

气浮筒型基础结构规则波中运动响应

基于近海风电场快速建造的"大尺度筒型基础的浮运拖航"关键技术以及筒型基础作为边际油田开发的基础形式的背景,同时考虑气浮基础各分舱中水和空气的刚度,推导多分舱筒型基础整体的垂荡和纵摇刚度。建立气浮筒型基础的运动方程,以CBF-3-150海上风电复合筒型基础为例,用数值解法揭示其基础在规则波浪下不同航速和不同波浪入射角对气浮筒型基础运动状态和筒内气垫状态的影响。以理论计算预测筒型基础在规则波下的运动特性。