沙波与刚性非淹没植物复合床面推移质泥沙输移特性研究

鉴于复合床面条件下刚性非淹没植物改变推移质输沙特性的相关研究成果较少,为此采用水槽试验和理论分析方法,研究了平行排列的刚性非淹没植物对泥沙起动谢尔兹数和推移质输沙强度的影响。结果表明,平行排列的刚性非淹没植物使得泥沙起动谢尔兹数增大了97.2%,推移质输沙率降低了80%以上。通过理论分析提出了适用于刚性非淹没植物平行排列条件下恩格隆推移质输沙率公式,经验证该公式具有较高的精确度。

浅水方程模型模拟刚性非淹没植物阻流特性

将植物假设为刚性非淹没圆柱体,考虑植物在水流中占据的体积,采用时间空间双平均方法,将植物作用力作为阻力项引入浅水方程.用有限差分方法将改进的浅水方程进行离散,建立植物区浅水方程数学模型.模型计算结果与试验测量、经验公式符合较好.

刚性非淹没植物对孤立波传播影响的三维数值研究

通过使用OpenFOAM模拟三维数值波浪水槽,研究了刚性非淹没植物对孤立波传播的影响.观测孤立波通过刚性非淹没植物模型前、后波高的变化,并对比模型前、后两处浪高仪位置波面历时曲线的模拟值和实验值,验证了数值计算的可靠性.计算并比较了波浪反射、透射及波能耗散等相关系数的实验值和模拟值,分析了相同初始条件下孤立波通过不同植物密度和布置形式的刚性非淹没植物时水动力特性的沿程变化,从而得到了设计的工况中刚性非淹没植物在极端波况下的消浪效果.模拟结果也表明OpenFOAM能够较好地应用于三维数值波浪水槽的相关研究.

沙波与刚性非淹没植物复合床面曼宁系数特征研究

通过室内水槽试验研究单一沙波床面、单一刚性非淹没植物床面以及沙波与刚性非淹没植物复合床面3种工况下曼宁系数与相对流速的关系。试验表明,单一沙波床面、单一刚性非淹没植物床面工况水流的曼宁系数随着相对流速的增大而增大;沙波与植物复合床面工况受沙波和植物共同的作用,由于水流结构发生变化,水流的曼宁系数随着相对流速的增大呈现先减小后增大的规律;复合床面的曼宁系数不能通过单一沙波床面和单一植物床面工况水流的曼宁系数叠加得到。

非淹没刚性植物对规则波传播变形影响实验研究

在海岸带种植红树林等水生植物可以有效的减小波浪对岸滩的破坏,系统全面地研究植物对波浪传播变形的影响是非常必要的。基于波浪水槽实验,探讨了规则波通过非淹没刚性植物波高的沿程变化,分析了水深、入射波高、植物模型密度及分布方式对反射系数、透射系数与波浪衰减系数的影响,同时与孤立波实验数据进行对比。实验结果表明,随着水深的增加,规则波的透射系数增加、反射系数和波能衰减系数减小;随着入射波高的增加,规则波的透射系数减小,反射系数和波能衰减系数增加。在分布方式相同的情况下,植物模型分布密度增加,规则波的反射系数和波能衰减系数增加,透射系数减小。在规则波入射方向上模型布置越紧密,规则波反射系数和波能衰减系数越大,透射系数越小。分析讨论了植物模型对规则波和孤立波的影响,在入射波要素相同的情况下,孤立波和规则波的能量衰减在50%左右,说明植物模型具有良好的消波作用。

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.

非淹没刚性植物对海啸作用下海堤水动力特性影响数值模拟研究

基于非静压单相流模型NHWAVE建立了高精度数值波浪水槽。通过设计不同的计算工况,系统研究了非淹没刚性植物对海啸作用下海堤周围水动力特性的影响。着重分析了不同入射波高、不同植物分布密度以及不同植物分布宽度条件下海啸波沿程波形特征以及海堤堤顶越浪流空间分布特征。结果表明:不同入射波高、植物分布密度以及植物宽度条件下,堤顶流厚度和水体流速具有明显单调的变化趋势,并且随着植物分布密度和宽度增大,波能衰减增大;随着入射波非线性增强,植物分布密度和分布宽度对堤顶前段水流厚度的影响也随之增强,而对堤顶后段水流厚度的影响则减弱,且堤顶后缘水流厚度约为堤顶前缘厚度的二分之一;在波浪非线性较大情况下,植物的存在对堤顶流速度的空间分布趋势几乎没有影响,但相对堤顶流速度增加程度均大于无植物情况,且堤顶后缘水流速度约为堤顶前缘的1.6倍。