随机波浪对浪溅区三维结构物冲击作用试验研究

通过物理模型试验研究了随机波浪对位于浪溅区三维结构物的冲击作用.试验波浪为单向随机波.试验中波浪分别从正向(波向角β＝0°)和斜向(β＝15°、30°、45°)入射,入射波波高H1/3=7.5～20 cm,谱峰周期Tp=0.75～2.0 s,模型相对净空s与入射波高H1/3之比为0～0.5.对不同试验组次试验数据的统计分析比较得出:正向波和斜向波作用于结构物底面的冲击压力特征值,中部大、周围小;波浪冲击压力等值线基本上垂直对称分布于波向线两侧;结构物所受波浪冲击力随入射波波高增大而增大,对应相对板宽的变化出现2个峰值,在相对净空s/H1/3为0.1和0.2时到达最大值.     

新型开孔工字板组合式防波堤消浪特性与波浪力试验

为了进一步提高透空板式防波堤的消波性能,减小防波堤结构的波浪力荷载,提出了一种由多个开孔工字板组成的透空板式防波堤结构。基于物理模型试验,研究了规则波作用下新型开孔工字板组合式防波堤的消浪特性和波浪力荷载,探讨了防波堤透射系数、反射系数、能量耗散系数和波浪力荷载随着波陡H/L、堤顶相对潜深h/d、相对水深d/L的变化规律。研究结果表明,该防波堤的透射系数随着堤顶相对潜深h/d的增大而增大,随着相对水深d/L的减小而急剧减小;防波堤波浪力荷载以竖向受力为主,防波堤竖向总力远大于水平总力,且波浪力随着波陡H/L的增大而急剧增大。在试验范围内,该结构具有良好的消浪效果,且波浪反射较小,波浪能量耗散较大。     

凹角堤段前波高增幅的整体模型研究

由于入射波与斜向反射波的叠加或两个堤段的反射波斜交 ,在凹角堤段前将形成复杂的短峰波系 ,这种波浪形态引起的波能集中使堤前波高可能增幅 .利用整体模型实测了凹角为 15 2°的条件下不同入射波向对应的波高值 ,同时根据实测资料推求了等效反射系数 ,从而得到规则波或不规则波条件下的入射波高放大系数 ,为带凹角形状的防波堤设计提供了依据 .实测凹角堤趾前的波浪底流速也明显增大 ,这对工程防冲设计也是很重要的     

多向随机波作用在直立堤上的波浪力

通过三维随机波浪对直立堤作用的试验研究,分析了单位堤长上波浪力的变化规律,着重研究了主波向角和波浪方向分布对波浪力的影响,发现波浪入射角小于45°时,波陡较小的单向波作用力随波向角呈明显的增大趋势.给出了波浪力沿堤长的纵向分布,以及单元堤上波浪力纵向折减系数的计算公式;建议了2种计算斜向波和多向波作用在整个单元堤上最大总波力的方法,可供理论研究和工程设计参考应用.     

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.     

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.     

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.     

规则波对水平板冲击作用试验研究

波浪对透空式海上建筑物的冲击作用已经成为影响此类建筑物安全的重要因素.进行了单向规则波对方形水平板冲击作用水槽试验研究.总计进行了4个方向(0°,垂向规则波;15°、30°、45°,斜向规则波),入射波高H=7.5～20.0cm,增量2.5cm,周期T=1.0～2.0s,增量0.2s,水平板底面距离静水面的高度Δh与H的比值0～0.5,增量0.1的试验研究.采用小波分析方法去除了由于测压传感器振荡引起的测量数据的噪音信号.讨论了上托力与相对入射波高H/d、相对板宽B/L、相对净空Δh/H的关系.     

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.     

波浪与直立堤的相互作用

本文研究了直立堤前波浪形态的分类方法和不同波浪形态间的界限及共产生条件;指出堤前存在有立波(包括破碎型立波),破碎型波(包括在堤前破碎的击岸波和在堤面破碎的破碎波)及过渡波三类波态;其波况及存在条件完全有别于无堤时的情况,阐明了埋基床与突基床情况的波况差异;指出了影响波浪破碎的各主要因素;提出了用临界波能说明波浪破碎的概念,并提出了各项有关指标。本文还研究了破碎型波波压力的特征及其计算图式,根据实验和分析成果提出了包括有地形底坡影响因素的击岸波波压力计算图式,并分析了它与现用方法的差别。代表符号说明H:水深 H_(CT):直立墙前水深 H_Бn:突基床直立墙基肩水深 E_(?)θ:全波长及单位长度上的波浪能量 p:波浪压力强度2h:波高 p_0:静水面处波压强度2L:波长 p_H:水底处波压强度2T:波周期 i:海底底坡0:波速 r:水的容重δ=(2h)/(2L):波陡其它有关符号见文中说明。h_0:波形中线抬高值u:波浪水流击岸速度v:波浪水质点运动轨迹速度。     

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.     

准直准单能靶面电子加速实验研究

实验上使用大能量、亚ps激光脉冲大角度入射固体靶,获得了沿靶面方向定向传播、发散角仅有2°、峰值能量为3–4 Me V的准直、准单能电子束.实验发现激光对比度对靶面电子束的产生起到了至关重要的作用,最佳的对比度为5×10-6.在此最优化条件下,通过背向散射光谱分析发现,共振吸收激发的等离子体波加速可能是电子的主要加速机制.探针光阴影成像及等离子体自发光的精细结构显示,预脉冲与固体靶相互作用中产生了尺度100μm左右的过临界密度预等离子体.这种等离子体的作用类似于等离子体反射镜,使得激光脉冲被限制在预等离子体区与靶面之间,因而最终造成了电子束沿靶面方向的导引.这种靶面电子束因其合适的能量范围、高度的准直性及沿靶面方向定向传播的特性有望在惯性约束聚变尤其是锥靶快点火中得到应用.     

基于D-D/D-T中子源的中子受激辐射计算机断层扫描成像的比较研究

对比研究了D-D和D-T中子源在中子受激辐射计算机断层扫描成像(NSECT)中的应用,建立了TiT/TiD靶、水体模内放置/未放置铁球4种计算模型,并利用MCNP程序分别模拟了D-D,D-T中子源产生2.5和14 MeV左右中子束在该系统中的中子输运过程,记录并获得了出射中子和特征γ射线通量分布及能谱图,该研究对中子成像方面中子源的选择及平台的搭建有指导作用.从出射中子和特征γ射线通量分布发现,激发的特征γ射线会保持与入射中子束同样的前倾方向,为了得到尽可能多的特征γ射线,确定了在D-D和D-T两种中子源成像中,实验上应该在Z=0的平面上与中子束传播方向呈43.6°–50.9°范围内布置γ射线探测器.D-D和D-T两种中子源的NSECT高能γ探测器最佳的放置位置稍有不同,但都需要保持在43.6°–50.9°的范围内.从特征γ射线能谱发现,~(56)Fe和~(16)O对应的特征峰能量与模拟数据的激发能完全吻合,证明了NSECT技术识别元素的能力,很有可能在追踪治疗过程以及研究活体(包括人体)分子过程中崭露头角.