透空式梳式防波堤的数值模拟和波浪透射系数的研究

基于FLUENT求解器,采用源函数造波方法建立了三维数值波浪水槽,应用不同的造波源函数生成线性波浪、二阶Stokes波浪和不规则波浪。建立了规则波浪和不规则波浪与梳式防波堤相互作用的数值模型,验证了水平波浪力折减系数和堤前反射率的数值结果;并对梳式防波堤有效减小波浪力的机理进行数值解释。对透空式梳式防波堤的透浪特性进行研究,结果表明堤后的透射波浪随翼板与前墙的距离b/L的增加呈抛物曲线形式变化;随翼板开口高度c/d的增加而线性增加;并基于数值结果给出透空式梳式防波堤波浪透射系数的经验计算公式,便于工程设计的需要。

设有挡浪板透空堤波浪透射系数实验研究

首先从艾利微幅波理论出发,从能量角度对设有挡浪板透空堤的波浪透射进行分析,再通过物理模型实验,研究设有单挡浪板的透空堤的波浪透射系数与不同相对入水深度以及波陡的变化关系,在对比理论分析和实验结果的基础上,提出设有单挡浪板透空堤透射系数的近似计算方法。然后,通过物理模型实验,对设有两个挡浪板透空堤的透射系数与相对板间距的关系进行初步分析,给出定性的实验结论。

密排桩式堤波浪透射系数数值研究

采用VOF(流体体积函数)方法进行液面捕捉,通过推板造波法模拟波浪产生,建立数值波浪水槽,研究密排桩式堤波浪透射系数与各影响因素关系,分析桩径、桩间净距、透空率、相对干舷高度、波陡等因素对波浪透射系数的影响,并结合数值模拟和物理模型试验结果建立密排桩式堤波浪透射系数计算公式。结果表明,密排桩式堤波浪透射系数随桩径增加先快速后缓慢减小,随桩间净距和透空率增加先快速后缓慢增大;干舷淹没情况下,透射系数随淹没程度的增大而增大并趋于平稳,非淹没状态下,透射系数随干舷距离水面高差的增大先增后趋稳;波陡对波浪透射系数没有显著影响。

网衣波浪水动力特性的数值模拟初步研究

为研究网衣与波浪相互作用机理,以粘性不可压缩Navier-Stokes方程为控制方程,通过VOF方法追踪波面,采用推板造波的方式建立了数值波浪水槽。数值模拟过程中利用多孔介质模型模拟网衣,根据网衣受力的经验公式利用最小二乘法拟合得到相应的多孔介质模型参数。利用该数学模型研究了平面网衣对波浪形态影响及网衣受力情况,并与物理模型试验结果相比较。结果表明,计算获得的网衣受力和波浪透射系数与试验结果相一致,证明了该数值模型研究网衣波浪水动力特性的适用性。

兼具波浪能转换功能的双浮式防波堤性能研究

对具有波浪能转换功能的浮式防波堤性能进行评估。根据VOF技术和有限元空间离散法建立二维数值波浪水槽,在单个圆柱形浮子研究的基础上进一步模拟波浪与双圆柱形浮子之间的相互作用,记录浮子前后的波高,研究阻尼系数对波浪透射系数和波浪能提取效率的影响。结果表明,相比于单浮子系统,阻尼系数对双浮子系统的透射系数和能量提取效率影响更大,后者对阻尼系数的变化更为敏感;在相同波况下,双圆柱形浮子的能量提取效率与单圆柱形浮子的能量提取效率不是简单的2倍关系,二者的比值在研究的范围内始终大于2,这表明浮子之间的相互作用是正面的,有助于能量的提取。

板-网结构浮式防波堤消浪性能的试验研究

水深较大时,固定式防波堤不再适用,而相比之下,浮式防波堤具有轻便、机动、经济及良好的海水交换功能等特点。因此为保障深水养殖网箱在风浪中的安全,采用浮式防波堤进行掩护是唯一可行的工程措施。提出了一种新型的浮式防波堤结构型式——板-网浮式防波堤。通过实验室物理模型试验,研究波浪周期、平板宽度、网衣数目、平板刚度以及水流方向和速度对波浪透射系数的影响。试验采用规则波浪,水深为20m,波高为2.5m、4.5m和6.0m,周期为6s～10s。试验结果表明,采用该种浮式防波堤具有较好的消浪效果,但具体参数需根据当地波浪、水流条件而定。

近自由水面水平板式防波堤消波特性及消波机理研究

近自由水面刚性水平薄板可作为一种新型的防波堤型式,文章通过应用完全非线性数值波浪水槽技术来探索这种型式防波堤的消波特性和消波机理。研究发现:水平板的浅水效应、透射波浪回流和板后波数分解成一系列高频短波是该种型式防波堤消波的三个重要原因。从工程应用的角度考虑,板的潜深与波高的比值以及板长与波长的比值是决定水平板消波的两个重要参数,合理地调整这两个参数,板式防波堤的透射系数可控制在0.2至0.5之间。由非线性数值模拟结果还可以发现,对于非常接近自由水面的水平板问题而言,会产生不少于3阶的高频短波,这说明用线性理论研究物体近自由水面问题是有局限性的。

柔性浮式防波堤的物理模型试验研究

浮式防波堤具有不破坏海洋生态环境,保证防波堤前后水体自由流动,保持海洋天然生态环境和海水清洁,对地基要求不高、不需要另进行地基处理,造价随水深变化不大等优点.但目前的浮式防波堤结构型式对短波的掩护效果尚好,但对于长波的透过率仍然很高.文中提出了一种由消浪块体、柔索和锚链系统组成的新型柔性浮式防波堤结构形式.通过物理模型试验,得到规则波作用下波高、波浪周期和堤身宽度对柔性浮式防波堤透射系数的影响.试验结果分析表明该新型柔性浮式防波堤消浪性能优越,对长波和短波均有较好的消减作用.

深水浮式防波堤结构形式的试验研究

介绍选取三种结构形式(单箱式、双箱式和板网式)的浮式防波堤进行实验室物理模型试验研究,得到在规则波浪作用下三种形式的浮式防波堤的消浪效果,结果表明板式结构的消浪性能最好,具有良好的工程应用前景。

底浮箱式防波堤消浪性能、锚链张力及运动轨迹的试验研究

通过物理模型试验，底浮箱式防波堤在定水深和锚碇固位，受规则波、水流作用下，对浮堤的运动状态进行试验研究。对在波浪单独作用和波、流共同作用时，浮堤的消浪性能和锚链张力进行比较性试验，并对浮堤在波浪单独作用下的运动轨迹进行描述。试验结果表明，波浪单独作用的浮堤消浪效果好于波、流共同存在时；锚链张力的变化趋势基本相同；由于浮堤的堤宽与波长相比仅是1／6～1／3，浮堤两弦之间的相位差仅为（1／3～1／1．6）π，因此，浮堤的摇摆角度并不大。

新型柔性浮式防波堤的水动力试验研究

重点介绍新型浮式柔性防波堤的结构特点,通过室内物理模型试验获得在规则波作用下柔性浮式防波堤的透射系数,探讨波浪周期、波高和堤身宽度等因素对新型柔性浮式防波堤消波性能的影响。相关研究结果表明,新型柔性浮式防波堤对长周期波和短周期波均有较好的消减作用,其消波性能比传统防波堤更优越。

规则波作用下圆柱形垂荡浮筒水动力行为的数值研究

建立规则波作用下垂荡浮筒三维水动力数学模型,并与规则波理论解以及他人的垂荡浮子试验数据进行有效验证。利用验证后的模型对不同密度的圆柱形浮筒垂荡行为进行计算分析,发现:1)密度较小的浮筒位移曲线靠上,密度较大的位移曲线靠下。密度越大,浮筒下降运动的时间越短,下降运动时间小于上升运动时间。2)随密度的增加,浮筒最大垂荡速度减小,最大上升速度和下降速度的差值也相应减小。3)随着密度的增加,浮筒受到的垂向合力和浮筒动能相应增加,波浪透射系数下降。

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.

带空气透平的后弯管浮式防波堤实验研究

针对海工作业平台、海洋养殖网箱等海洋装备的安全防护问题,提出了一种带空气透平的后弯管浮式防波堤,该空气透平既可将作用在防波堤上的波浪能转化成机械能并用于发电,还可显著减小防波堤的锚链力。在介绍了防波堤原理和结构特点的基础上,设计了物理实验模型,并在实验室造波池内进行了模型试验,研究了波浪周期、波高、吃水深度与弯管数量等因素对后弯管浮式防波堤透射系数和锚链力的影响规律。研究结果表明,波浪周期越短,波高越低,防波堤的透射系数越小,锚链力越小,其消波性能优于传统的浮式防波堤。

软围隔系统在迎风岸坡植被恢复中的应用研究

为改善太湖贡湖生态修复区生境、恢复迎风岸坡水生植被,开展了软围隔系统在迎风岸坡植被恢复中的应用研究。从水质、水动力、水生植物指标3个方面探讨了围隔系统的作用效果。结果表明,围隔组总氮(TN)、总磷(TP)和叶绿素a(Chl-a)含量与对照组相比差异不显著(P>0.05),围隔组透明度极显著高于对照组(P<0.01);围隔系统对表层流速消减率达88.55%,对中层流速消减率达83.47%;经过2层围隔,5个监测点的波浪透射系数分别为0.118、0.070、0.267、0.088和0.164。围隔系统消流消浪效果显著。围隔组3种挺水植物的最大株高、分株数、成活率和生物量均大于对照组。软围隔系统能够为迎风岸坡水生植被恢复提供有利生境条件。

钢圆筒沉放施工区域简易消浪措施

针对钢圆筒沉放过程中的技术难题,进行了施工区域临时消浪措施研究。基于不同消浪原理,提出了浮驳+刚性侧壁、浮驳+柔性侧壁、横向水袋筏和V形水袋组等4种浮式防波堤形式。通过水池物理模型试验,比对分析了各浮式防波堤的波浪透射系数,并分析波周期和夹角对消浪性能的影响。试验结果表明,夹角为60°的V形水袋组方案消浪性能最佳,可推荐为施工区域临时掩护措施。

消浪导流型人工鱼礁的消波性能研究

为探究不同礁体数量、不同单位鱼礁礁距和不同开口比对消浪导流型人工鱼礁消波性能的影响,该文采用计算流体力学方法(computational fluid dynamics,CFD),利用大涡模拟(LES)对不同礁体组合进行三维波浪数值模拟,并以波浪透射系数和波能耗散率等指标分析了消波性能;选取消波效果较好的一种礁型增设其内部阻流板等结构,并以上升流体积和背涡流体积等指标为流场效应进行了分析。结果显示,利用FLOW-3D软件造波具有良好的稳定性和持续性。随着鱼礁数量的增加,礁区相对波长的倍数随之增加,波浪透射系数呈现先快速降低后缓慢降低的趋势,其中A4礁体组合的透射系数Kt为0.33,消波效果较好;随着单位鱼礁间距的增大,波浪透射系数呈现先增加后降低直至平稳的趋势。对于顶板而言,随着开口比的增大波浪透射系数逐渐增加;而对于挡板开口而言,礁体在波浪传播方向上的透水性对波浪透射系数变化影响显著。研究表明,礁体数量的增加和单位鱼礁间距的减小对于提升礁体组合的消波效果作用明显;从节约成本和提升消波性能等因素考虑发现,采用顶部封闭和挡板一侧封闭的礁型设置最优。该研究结果可为滨海湿地和“滩涂型”海洋牧场等区域的鱼礁单体优化设计和礁体组合优化布局提供科学依据。

基于多孔介质模型的网衣对波流场影响的数值模拟研究

用多孔介质模型模拟网箱中的刚性金属网衣。基于计算流体力学软件STAR-CCM+,建立稳定的来流作用下刚性网衣对周围流场影响的数值模型,研究水流经过网衣后流场的变化及流速衰减,并与模型试验结果进行比较,验证了多孔介质模型模拟网衣周围流场的正确性。建立了波浪与网衣相互作用的数值模型,分析刚性网衣对波浪衰减的影响以及网衣的波浪透射系数与波浪参数之间的关系,为对网箱内部波流场的研究提供参考。

游艇帆船港浮式防波堤平面布置特点浅析

浮式防波堤具有保证防波堤前后水体自由流动,保持海洋天然生态环境和海水清洁,对地基要求不高,不需要另进行地基处理,造价随水深变化不大等优点。本文结合某游艇帆船港浮式防波堤的总平面布置,阐述了浮式防波堤相关平面尺度的确定与一般实体防波堤的区别,可供类似工程借鉴。