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。     

浮式防波堤结构的研究现状

浮式防波堤作为海洋工程中一类重要的防波堤结构,具有优异的经济性和生态环保性。首先概述了海洋浮式防波堤的发展过程,总结了国内外关于浮式防波堤的最新研究成果,简要介绍了浮式防波堤结构形式的试验研究和数值模拟研究,并根据浮式防波堤下部是否设置阻尼结构划分为箱板式和板阻式两种结构形式,重点探讨了目前研究存在的问题和不足,并从耐久性、设计标准规范与新材料等方面对未来浮式防波堤结构的发展和研究方向做出了展望。     

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。     

水平混合式直立堤结构在景观防波堤中的应用

针对防波堤功能多元化需求,传统的结构形式已无法满足防波堤某些特定的使用要求,因而促使人们对结构形式进行创新。结合青岛港董家口港区胡家山作业区东区发展旅游和文化产业的总体规划,在胡家山东防波堤外海段设计中,采用集防浪、导航、景观、商业与娱乐等功能为一体的具有诸多优点的水平混合式直立堤结构形式。阐述该种防波堤的堤顶宽度、堤顶高程和结构方案的设计。水平混合式直立堤结构在胡家山东防波堤的成功应用证明该结构形式在景观防波堤中具有较好的应用前景。     

烟台港西港区防波堤结构方案比选

烟台港西港区防波堤工程所在海域水深浪大,天然地基的承载能力较差.在防波堤结构方案设计中,通过对传统抛石斜坡式、复合直立式、箱筒结构直立式和大圆筒结构直立式等多种防波堤结构型式的综合比较,选定适合于本工程且经济合理的防波堤结构方案.     

水平混合式直立堤结构在景观防波堤中的应用

针对防波堤功能多元化需求，传统的结构形式已无法满足防波堤某些特定的使用要求，因而促使人们对结构形式进行创新。结合青岛港董家口港区胡家山作业区东区发展旅游和文化产业的总体规划，在胡家山东防波堤外海段设计中，采用集防浪、导航、景观、商业与娱乐等功能为一体的具有诸多优点的水平混合式直立堤结构形式。阐述该种防波堤的堤顶宽度、堤顶高程和结构方案的设计。水平混合式直立堤结构在胡家山东防波堤的成功应用证明该结构形式在景观防波堤中具有较好的应用前景。     

U型OWC气室结构参量数值模拟研究

振荡水柱波能发电装置(OWC)是一种在世界上被广泛应用的波浪能发电装置。研究发现U型振荡水柱装置比传统的振荡水柱装置拥有更高的捕能效率。U型振荡水柱装置(U-OWC)由传统的振荡水柱结构以及在来浪方向的U型导管组成,气室通过U型导管与外界波浪场连通。由于U型导管的存在,在相同的波浪条件下相较于传统的振荡水柱装置U型振荡水柱装置拥有更大的特征周期以及压力波动,这使其能更大程度上吸收入射波的能量。U型气室的结构参数,例如相对宽度对装置的性能有很大的影响。本文采用了计算流体力学商用软件Fluent,基于两相流流体体积法(VOF)构建了数值波浪水槽,探究了气室内自由表面变化、气室内压强以及气室顶端的气流速度并以此优化U型气室结构的设计。研究同时还得到了相对宽度对气室捕能性能的影响结果,对进一步的设计与研究提供了参考。     

冰力作用下半圆型防波堤的稳定性计算

半圆型防波堤是一种新近发展的结构形式,在渤海有冰水域建设半圆型防波堤,需要考虑冰作用力.利用物理模拟试验技术,获得了冰对半圆型防波堤的作用力计算公式.利用此公式,并结合规划中的天津北大防波堤的工程地质参数、半圆型防波堤的设计结构,本文把半圆型构件、抛石基床和地基作为一个整体,海冰推力作为外力,运用极限平衡方法分析了半圆型防波堤在50年一遇冰条件下的稳定性.计算结果表明沿半圆型构件的底面防波堤在冰荷载作用下是稳定的,但在水位接近半圆型构件底面,冰作用力达到最大时,整体稳定性不满足要求,沿抛石基床或者砂垫层有可能出现滑动现象.说明在进行半圆型防波堤设计时必须校核冰推力作用下的稳定性.这对在冰区设计半圆型防波堤具备参考价值.     

浅水区域浮箱式防波堤结构形式的试验研究

介绍了2种浮箱结构型式的防波堤(L型中浮箱和L型边浮箱),3种类型(L型边浮箱、H型边浮箱、T型边浮箱)的浮式防波堤,对浅水区域浮箱式防波堤结构形式进行了实验室物理模型试验研究。得到了在规则波作用下的浮式防波堤的消浪效果和透过率。本次试验结果表明,在浅水波情况下,相同周期时的防波堤越宽波浪的透过率较小;同一形式尺寸的防波堤,透过率随着周期加长而逐渐增大。     

新型透空式防波堤消浪性能研究

透空式防波堤由于具有消浪、透流性好等特点使其应用前景广阔。但由于其结构形式较新,对其研究、应用相对较晚,相关规范对其仅有较少规定,不足以很好地指导透空式防波堤的设计过程。参考国内外研究成果、现行规范及类似工程经验,在堤后已有建筑物的前提下,通过断面物理模型试验对梳式透空式防波堤结构、扶壁透空式防波堤结构、开孔沉箱透空式防波堤结构进行研究。给出了不同水深,不同结构形式防波堤透射系数的对比关系。     

岛式防波堤导航灯桩基础及检修通道设计

为保证船舶的安全进港航行,岛式防波堤堤头一般需设置导航灯,而作为导航灯桩的基础结构及其检修所需的通道设计暂无相关规范可以参考。结合实际工程项目,在岛式防波堤导航灯桩基础及检修通道设计过程中逐步调整和优化,提出了一种合理可行的岛式防波堤导航灯桩基础及检修通道组合结构。该组合结构综合考虑了导航灯桩基础在波浪作用下结构的整体稳定、导航灯桩基础对人工护面块体安装的影响、检修通道使用的便利性以及现场施工的可行性等众多因素。该岛式防波堤导航灯桩基础及检修通道的组合结构可为类似港口工程项目的设计提供一定的参考。     

Coupled analytical-numerical approach for determining hydrodynamic responses of breakwater with multiple OWCs

A coupled analytical-numerical approach has been developed that allows one to study the hydrodynamic responses of breakwaters of arbitrary geometry that have multiple OWCs with horizontal openings. The approach incorporates the eigenfunction of the OWC fluid domain into the boundary element method, which automatically satisfy the boundary condition at the OWC opening. As a result, the exact geometry of the OWCs no longer needs to be modelled and the number of elements will be largely reduced especially when dealing with 3D breakwaters. With the present approach, a class of 2D OWC-integrated breakwater concepts in existing literature was simulated for validation and parametric study. The approach was then applied to the 3D breakwater with multiple OWCs under slender OWC assumptions, and the numerical results obtained are compared to data from a reduced scale model test. The 2D case studies show that the present approach is able to generate accurate results on reflection and transmission, wave loads, and energy extraction efficiencies with a higher efficiency than conventional boundary element method. Comparison of 3D results with the model test results shows that the prediction of the natural frequency and the wave reflection and transmission coefficients are in good agreement.     

海丰电厂码头工程港内波浪条件研究

结合华润电力海丰电厂煤码头项目的建设,开展波浪整体物理模型试验,对防波堤、码头及护岸设计波要素, 码头面上水高度和港内波高分布进行了测定。根据工程不同平面布置方案中的试验结果,确定最优化的工程总平面布置方 案,为港口工程的设计、建设提供了科学依据。同时,简要讨论了工程中航道及港池开挖及防波堤建设对波浪传播的影响。     

一种新型透空式潜堤消浪促淤特性试验研究

通过物理模型试验的方法,采用规则波和不规则波对新型空心立方体潜堤进行一系列消浪特性研究。同时,对2种不同空心率的空心立方体潜堤和实心堤透浪系数进行试验对比。对实验数据的统计分析结果表明:当选取合适空心率时,空心立方体堤的消浪效果与实心堤的消浪效果基本相同,并能达到一定的促淤效果,说明选取空心立方体作为潜堤堤身结构材料的方法是合理且有效的。     

水力插板与抛石斜坡复合堤稳定机理

在海岸防护堤坝工程中,采用水力插板桩技术修筑直立墙,并在墙前水下形成抛石护坡,此种水力插板与抛石斜坡组成的的复合堤,已在工程实践中表现出良好的安全稳定性。对直立堤、抛石堤以及复合堤3种堤型开展不同波况下直立墙上和抛石护坡中波压力的试验研究,对复合堤的稳定性优于直立堤和抛石堤的机理进行分析。试验结果表明,抛石护坡明显降低了直立墙上的波压力,减轻了波浪冲击;直立墙阻止越浪带动抛石堤顶部块体向堤后运动,避免抛石护坡的过度破坏。两者结合使复合堤具有比直立堤和抛石堤更好的稳定性。     

波浪能供电航标转换效率的实验研究

采用可再生能源中的波浪能为航标供电,是解决航标供能的有效方式。本文以为航标供电的振荡水柱式波浪能发电装置为研究对象,开展不同工况及负载对振荡水柱式波浪能发电装置转换效率影响的研究,确定最高效率下波浪能装置的各类参数值。通过物理模型试验结果表明,获得的最佳效率点在T=2.5s时,H=104mm,转换效率最大为35%。振荡水柱式波浪能发电装置的能量转换效率受负载影响较小,受波浪要素中波高和周期的影响较大,特别是受波高周期比影响较大。本试验结果对优化振荡水柱式波浪能发电装置的方向提供指导意义,有助于进一步研究。     

消能室式桩基透空堤消浪特征的试验比较研究

根据对已有桩基透空式防波堤结构型式的分析，提出一种新型桩基透空堤结构型式。并通过波浪模型试验，将这种结构型式和已有的几种结构型式从反射系数和透射系数两方面进行消浪特性的比较研究。     

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。     

新型捕能消波浮式防波堤数值模拟与试验研究

采用数值模拟和物理试验研究方法,研究了新型捕能消波浮式防波堤savonius型桨叶两种布置形式的捕能及消波性能。利用STAR-CCM+数值仿真软件,通过调用重叠网格、时间二阶离散、增加数值迭代的方法,建立了浮式防波堤三维水动力模型并进行数值模拟。研制了该防波堤物理试验系统,测试浮式防波堤捕能消波性能,综合分析数值模拟与物理试验的结果。结果表明,该新型浮式防波堤在桨叶转动频率与波浪频率相近时捕能功率最大,桨叶并列布置方式的消波性能比桨叶垂直布置方式更为优越。     

强浪条件下深水板桩码头成套施工技术

依托在建的以色列阿什杜德港项目,针对其Q27板桩码头受工程区域冬季风暴影响,越冬防护工程量大且越冬结构安全风险大的问题,以及受现场设备资源制约,工效不足以在冬季之前完成闭合结构的问题,研究通过在板桩码头后方陆域吹填形成沙堤对后排锚桩形成保护并进行陆上沉桩施工的成套技术,成功解决工程中的实际问题。该技术具有施工连续性好,在强浪条件下可实施性强等优点,可为类似施工环境下的深水板桩码头施工提供参考。