双弧板式透空堤消浪特性物理模型试验

为探究双弧板式透空堤在不同工况作用下的消浪效果,本文基于物理模型试验对该新型透空式防波堤的消浪特性开展了研究.在比较其与平板式透空堤消浪特性的基础上,探讨了相对波高、相对板间距、相对潜深和相对板宽对双弧板式透空堤消浪特性的影响.结果表明:双弧板式透空堤的消浪效果优于双平板式透空堤.对双弧板式透空堤而言,透射系数随相对波高的增大而增大,反射系数则相反.透射与反射系数受相对板间距的影响不显著.透射系数在出水状态(相对潜深为-0.05)时最小,入水状态(相对潜深为0.05)时最大,静水面处居中;反射系数则在出水状态时最大,入水状态时最小.透射系数随相对板宽的增大而减小,反射系数则相反.     

孤立波通过透水潜堤水动力特性试验

基于波浪水槽试验,对孤立波通过潜堤的传播变形、透射系数和波浪爬高开展研究,分析了潜堤消浪效果、波浪爬高与相对堤顶水深和潜堤透水率的关系．研究结果表明,在相同透水率的条件下,透射系数随着相对堤顶水深的增大而增大．波浪爬高明显随着入射波高的增大而增大,并且成线性趋势,在同一透水率下,波浪爬高随着堤顶水深的增大而增大．     

多层水平板透空式防波堤消浪性能试验研究

从破坏波浪水质点垂向运动轨迹出发,提出一种由多层水平板组成的透空式防波堤新结构.通过物理模型试验,深入探讨了防波堤结构几何参数(相对宽度、相对间距)以及波陡等因素对防波堤消浪效果的影响,并对不同因素影响下的透射系数以及反射系数变化特征进行了比较和分析.试验结果表明,该结构具有良好的消浪性能,且对波浪的反射作用较弱.多层水平板透空式防波堤结构是对传统防波堤结构型式的发展,对促进透空式防波堤结构作为永久性建筑物的实际应用具有重要意义.     

基于OpenFOAM的弧板式透空堤水动力特性数值研究

为探讨一种弧板式透空堤的水动力特性,基于OpenFOAM建立了波浪与弧板式透空堤相互作用数值模型,探讨了弧板式透空堤的消浪特性、压强特性及流场分布情况.结果表明:本次数值试验范围内,波浪对弧板式透空堤的透射系数随相对板宽的增大而减小,反射系数则相反.弧板式透空堤上下表面所受波浪正压强与负压强分布呈现对称特性,且大部分工况下的波浪压强极值发生在结构物偏迎浪向一侧的测点位置处.弧板式透空堤位于静水面及以上时,消浪效果明显优于其位于静水面以下.弧板式透空堤对其周围流场影响显著,在其迎浪向与背浪向位置均产生较为明显的漩涡.     

新型箱—板组合浮式防波堤的水动力分析

为提高浮式防波堤的稳定性和消浪效果,提出并设计新型箱-板组合浮式防波堤,采用双水平板和双浮箱的结构型式,运用AQWA软件建立不规则波作用下浮体与锚链的耦合分析模型,研究浮箱与板的相对间距和水平板长度分别对消浪效果、浮体运动响应、锚链系泊力的影响分析。结果表明:(1)浮体的位移幅值和系泊力都随相对间距d的增加而减小,当相对宽度B/L在0.6~0.7之间时,浮体运动响应最小;(2)波浪透射系数Kt随B/L的增大而减小,Kt与浮体吃水深度有直接关系;但随着B/L的增大,d对Kt的影响越来越小,也表明该结构对短周期波的消波效果较好。(3)在一定范围内增加水平板的长度,可以有效减小结构的运动响应;结构在水平板长度为21 m左右时,结构的运动响应、透射系数和锚链系泊力都较小,达到最佳的锚泊状态。浮式防波堤主要设计特点是使结构在保持稳定的状态下,降低经济成本并提高消浪性能,本研究为结构优化设计提供重要参考。     

波浪和垂直透空式防波堤相互作用研究

分析了三种安装形式的垂直透空式防波堤在桩吃水、水深比和开孔影响系数变化时所受的波浪力变化,用MATLAB语言编程并计算绘制出透射系数和反射系数曲线。在不规则波的分析中采用谱分析理论,求得水平方向的累积频率波浪力。研究表明:几种安装形式的防波提中,悬空安装的透空式防波堤所受波浪力最小。计算结果可以给防波提的相关设计提供参考。     

防淤积型透空式防波堤波浪爬高试验及预测研究

波浪爬高是防波堤堤顶高程设计和预估工程造价的重要影响因素．以防淤积型透空式防波堤为研究对象，采用1∶10的模型比尺，在64组不同工况下开展防波堤的物理模型爬高试验，并记录了不同工况下防波堤迎浪侧的最大波浪爬升高度，探究了防波堤的波浪爬升特征．分别运用多项式回归方法、速度水头方法与M5’模型树算法并结合物理模型试验波浪爬高结果，发展透空式防波堤波浪爬高的预测公式．利用统计参数对3种方法发展的预测公式进行对比分析．结果表明：透空式防波堤背浪侧的波面变化滞后于迎浪侧，其最大波浪爬高小于迎浪侧，防波堤具有良好的消波效果；采用多项式回归方法与速度水头方法发展的预测公式能够在一定程度上实现对防波堤波浪爬高的预测，前者仅考虑了波高而忽略了其他波浪条件及防波堤结构参数对波浪爬升高度的影响，后者对波浪爬高的预测结果与试验值偏差较大，二者在实际应用过程中都存在一定的局限性；M5’模型树算法发展的波浪爬高预测公式利用无量纲参数综合了各项波浪要素以及防波堤的结构参数等，拥有良好的统计指数，能够更好地预测透空式防波堤的波浪爬高，具有较高的实际应用价值．     

透孔消浪顶墙混合堤波浪爬高的试验研究

透孔消浪顶墙混合堤同一股实体顶墙混合堤相比具有降低波浪爬高的一定效果。本文通过模型试验,试验研究了在规则波作用下,透孔消浪顶墙混合堤的波浪爬高。实验模型堤前水深为 24.8厘米,堤身斜坡比为 1/1.25,斜坡护面层用工字块。相对基肩上水深di/H=0.361.波高 H=9厘米。在波陡 H/L=1/10～1/25.顶墙前墙开孔率0%=24%～72%.消浪室相对宽度B/L=0～0.277试验范围内分析了波陡,前墙开孔率、消浪室宽度等因素对波浪爬高的影响,得出确定爬高的计算关系式。 R—KIK。11(1) K。一凡/H—0.00235(L/H)‘一0.0634(L/H)+1.50(2) 当 H/L—l/10时 …     

透孔消浪顶墙稳定重量的试验研究

本文在波陡 H/L=0.055—0.092,相对水深d/H=1.6—2.8,顶墙前相对水深d1/H=0.2—0/36,对迎浪面开孔率为24—72%的范围内,分别在顶墙底开孔及不开孔进行试验得到以下结果: 1)透孔消浪顶墙稳定重量比实体顶墙小。 2)透孔消浪顶墙的临界稳定重量随前墙开孔率的增大而减小。对于顶墙底不开孔,墙前两层工字块体掩护,开孔率σ=36%条件下,稳定重量的折减系数K孔=0.9。 3)在底墙开孔时,底孔影响折减系数K底孔=0.78。 4)对于顶墙前有两层土字块掩护条件下,σ=36%,消浪室宽度在0.0614—0.123倍波长范围内,顶墙稳定重量减小的比较显著。而一般在室宽…     

垂直导桩锚固方箱-水平板式浮堤消浪性能试验研究

提出了垂直导桩锚固方箱-水平板式浮堤,通过实验室物理模型试验研究了规则波作用下浮堤模型的消浪性能和升沉运动响应.探讨了相对宽度、水平板层数、水平板与方箱间距等几何参数对浮堤消浪性能与浮堤升沉运动的影响及消浪性能与浮堤升沉运动的相关性.试验结果表明提出的方箱-水平板式浮堤的消浪性能好于单一方箱,在B/L(模型宽度与波长比)为0.2时,其透射系数比方箱模型透射系数减小约0.2,升沉高度比方箱模型升沉高度减小0.3倍入射波高.通过对透射系数的主要影响因素进行多元回归分析得到了透射系数的拟合公式.     

双排立柱结构附近孤立波传播变形数值模拟

基于Navier-Stokes方程运用大涡模拟建立了三维数值波浪水槽,分别模拟了孤立波与并列和交错两种双排立柱结构的相互作用的过程,并通过物理模型实验对比验证了双排立柱结构附近的自由液面、流速和动水压强的变化特征.随后运用校核的模型进一步分析了双排立柱结构附近波浪的反射系数、透射系数、能量耗散系数以及能量耗散系数与拖曳力系数之间的关系,并考虑了不同入射波高和柱间间隙的影响.研究结果表明:并列和交错两种双排立柱结构附近孤立波传播变形的特征总体变化趋势相似:随着圆心距与圆柱直径的比值(间隙比)增大,反射系数和能量耗散系数减小,透射系数增大;随着入射波高与静水深比值(相对入射波高)增大,孤立波的反射系数变化较小且无规则,而透射系数逐渐减小,能量耗散系数逐渐增大;并列双排立柱结构附近的波浪的透射系数大于交错双排立柱结构,而反射系数则小于交错双排柱结构,当间隙比大于2.0时,布置方式对孤立波传播变形的影响可以忽略不计.最后通过回归分析发现两种布置双排立柱结构的平均拖曳力系数与能量耗散系数均存在线性关系.     

斜向波浪作用下双层水平板式防波堤消防浪性能试验研究

基于物理模型试验,深入讨论了波浪入射角度、相对板宽、相对波高等因素对防波堤消浪效果的影响,并对不同影响因素下防波堤前后水域的波浪形态、透射、反射系数及波能衰减系数变化特征进行了比较和分析.试验结果表明,斜向入射波浪通过双层水平板防波堤传播过程中,防波堤前后水域的波浪形态与波浪正向入射时有显著差别:相对板宽B/L≤0.5、波浪入射角q0_0≥30°条件下,堤前波浪具有显著的三维波浪特征,能量方向分布范围可达60°–90°,但其主方向可保持基本与入射波浪方向一致;堤后波浪主波向与入射波方向有所偏离,表明双层水平板防波堤对斜向波浪有折射作用,0_0≥45°条件下,堤后波浪主要能量方向分布范围可达90°以上.就消防浪性能而言,波浪斜向入射时,与正向入射比较,波能衰减系数(能量损耗)有所降低,但反射系数有所增大.在波浪入射方向为0°–60°试验范围内,综合防浪效果以30°为最佳,其他方向入射时透射系数与正向入射比较差别约±15%左右.     

孤立波作用下斜坡堤越浪量的数值模拟

海啸对海面上的船舶、建筑物及周围环境破坏极大,而对于海啸的研究通常采用孤立波来模拟.为了探究海啸对斜坡堤越浪的问题,在FLUENT软件中,建立二维数值波浪水槽,采用用户定义函数(user defined function,UDF)边界造波,流体体积函数(volume of fluid,VOF)方法追踪自由表面,模拟出孤立波波高随时间变化的情况.并利用斜坡堤数值波浪水槽模拟堤顶处的越浪量,与实验数据对比.进而,研究相对波高、相对超高、相对堤顶宽度对越浪量的影响.研究结果表明,孤立波在斜坡堤作用下,越浪量数值模拟的结果与实验值吻合较好;无量纲越浪量随着相对波高的增大而增大;随着相对超高、相对堤顶宽度的增大而减小;通过模拟不同堤顶宽度的越浪量,总结出孤立波越浪量沿堤顶宽度衰减的经验公式.     

非淹没刚性植物对孤立波传播变形影响实验

通过波浪水槽物理模型实验,研究了孤立波在植物模型前后波高、波形的变化、入射波波高、植物分布密度以及分布方式对孤立波反射、透射系数和波能衰减系数的影响.实验结果表明,孤立波波高在植物模型中急剧减小;孤立波经过植物模型后,其透射波仍以孤立波的形式继续传播,波形由尖陡变为平缓;随着水深的增加,孤立波反射系数和波能衰减系数减小,透射系数增大;随着入射波高的增高,孤立波反射系数和波能衰减系数增大,透射系数减小;在植物分布形式相同的情况下,随着植物分布密度的增加,孤立波反射系数和波能衰减系数增大、透射系数减小;在植物分布密度相同的情况下,植物在垂直于孤立波传播方向上分布地越紧密,孤立波反射系数和波能衰减系数越大、透射系数越小.     

无掩护的弧形挡浪墙波浪力研究

弧形挡浪墙与传统的直立式挡浪墙相比,具有能显著减少堤顶越浪量、降低堤顶高程、节省工程投资并兼具较好的景观效果等优点。但是现行JTS 145-2—2013《海港水文规范》并未给出弧形挡浪墙波浪力的计算方法。结合工程实例,通过不规则波作用下波浪水槽物理模型试验,对无掩护的弧形挡浪墙波浪力开展研究。将试验结果与规范直立式挡浪墙波浪力计算结果进行对比分析,总结了本工程防波堤弧形挡浪墙在无护面块体掩护条件下所受的波压力情况,可为类似工程的挡浪墙设计提供参考。     

考虑潮位变动的淹没水平板防波堤设置方案

淹没水平板借助上部波浪破碎、端部涡旋脱落、底部脉动回流等机理能够较好地抵御波浪入侵,是一种富有开发价值的透空型防波堤.然而淹没水平板多采用桩柱支撑,结构高程不随潮位的变化而改变.在潮差较大的海域,低潮位时水平板可能位于水面以上,而高潮位时其浸没深度又可能过大,两种情况下水平板防波堤均不能有效抵御波浪.为此,本文探讨如何设置双层水平板防波堤来削弱潮位变动对消浪性能的不利影响.研究基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法进行,首先建立了模拟波浪与淹没水平板相互作用的二维数值波浪水槽,接着以文献中记录的物理模型实验为目标,重现了孤立波和规则波与单层淹没水平板的相互作用过程.数值计算得到的波面形态、结构波浪力、基倍频波浪透射系数均与实测结果吻合较好.随后应用验证过的数学模型,对单层水平板和两种形式的双层水平板的消浪性能进行了比较.一方面展现出在变潮位环境下采用双层水平板的必要性,另一方面从所提出的两种双层水平板设置方案中确定出较优的形式.进一步地,综合对波浪透射系数和水平板垂向波浪力的分析,得出双层水平板防波堤的最佳板间距.研究结果表明,在高低潮位下各设置一层水平板所组合而成的双层水平板防波堤能够有效克服潮位变动对消浪性能的不利影响,且双层水平板的最佳板间距宜与潮差相等.     

T型浮式防波堤水动力特性的数值模拟研究

为提升浮式防波堤的消波性能,提出一种T型浮式防波堤.首先基于数值模拟方法,建立了波浪与T型浮式防波堤作用的数值模型,然后分析了波浪作用下T型浮式防波堤的吃水深度、腹板高度和浮箱宽度分别对透射系数、锚链受力及波压力分布影响,最后结果表明在相对宽度为0.48时,防波堤腹板高度为0.35m时的消波性能相对于无腹板可以提升76...     

自由水面式半圆体开孔海洋结构物水动力性能实验研究

提出了自由水面式半圆体开孔这一海洋结构物的新型式,并对该型式结构物进行了不同水深、不同模型浸水深度,以及不同波高和周期下系统的规则波及不规则波的模型实验研究.对结构物的透射系数Ct、反射系数Cr以及能量耗散系数Cl进行了系统总结.通过研究发现自由水面式半圆体开孔海洋结构物的消波性能随着模型相对水深以及相对板宽的增加而增强;并且该结构具有较小的波浪反射率以及较好的能量耗散效果,适合在海岸基础设施中推广建造.     

箱-板组合浮式防波堤水动力性能试验研究

通过物理模型试验,开展规则波作用下箱-板组合浮式防波堤的水动力性能研究。将结构宽度与波长的相对宽度W/L作为参变量,分析了浮箱入水深度、底板与浮箱间距以及底板长度等因素对结构运动响应、两侧锚链系泊力以及透射系数等主要因素对结构水动力性的影响规律。试验结果表明:(1)增大浮箱入水深度,可以更好的减小模型运动响应;(2)增加底板与浮箱的间距,可以更好地减小锚链系泊力;(3)底板长度对垂荡运动幅值影响最大,而对横摇和纵摇影响较小;(4)两种情况下,都可以减小波浪的透射系数。     

阶梯式海堤波浪爬高影响因素的数值模拟分析

为了研究阶梯式海堤波浪爬高的影响因素,基于质量源造波法建立数值模拟水槽,采用二阶Stokes波的粘性学理论数学模型模拟波浪,分析了堤前水深、海堤坡度、台阶高度以及来波波坦等因素对阶梯式海堤波浪爬高的影响。分析结果表明,阶梯式海堤波浪爬高随着复合参数d/L的增加而减少,随着海堤坡度变缓而减小,而随着波坦的增加先增加后减小;在同一海堤坡度、波坦的条件下,阶梯式海堤波浪爬高随着台阶高度的增大呈减小趋势,在达到最小爬高值后稍有增大;相对平面斜坡式海堤而言,阶梯式海堤对波浪爬高具有明显的折减效果。总体上,堤前水深小、海堤斜坡缓且台阶高度高的阶梯式海堤削减波浪爬高效果好。研究结果可为海岸防浪实际工程应用提供参考。