潜堤消浪瞬态数值仿真研究

为评估潜堤在生态海堤体系中的消浪作用,采用计算流体力学软件,结合推板数值造波、自由液面等计算模型,对典型缩尺工况下裸海堤、潜堤进行了瞬态模拟对比研究。结果显示,水深55 cm、波高8 cm、周期2 s的波浪工况在裸海堤、潜堤2种工况上产生的波浪爬高依次降低,相对于裸海堤,潜堤可使波浪爬高减少25%,潜堤在静水面下10 cm处海堤坡脚的波压力下降约15%。

鼎形浮式防波堤消浪性能研究

为进一步提高矩形浮式防波堤消浪性能,设计一种鼎形浮式防波堤,基于STAR-CCM+软件建立二维数值模型,分析3种潮位下吃水深度、弧墙高度和弧墙角度对该结构消浪性能的影响。研究结果表明:与矩形方箱浮式防波堤相比,鼎形浮式防波堤可有效提升消浪性能;该结构透射系数随着吃水深度、弧墙高度和弧墙角度的增加而减小;反射系数随着吃水深度和弧墙高度的增加而增大,弧墙角度对浮堤的反射系数影响不明显;透射系数随着相对宽度的增加总体呈下降趋势,反射系数随着相对宽度的增加总体呈上升趋势。在研究的波浪要素条件下,当结构参数设置为吃水深度0.2 m、弧墙高度0.05 m、弧墙角度54°时,透射系数、反射系数分别达到0.11、0.61,此时为最优参数设置,浮堤的消浪性能最好。

不开孔式与迎浪侧半开孔式水平板防波堤消浪性能比较研究

为了提升水平板防波堤的消浪性能与透水性能,设计一种迎浪侧半开孔式水平板防波堤。在不同相对板宽、潜深及波高条件下,通过物理模型试验研究不开孔式与迎浪侧半开孔式两种水平板防波堤的透射系数Kt、反射系数Kr及耗能系数Kh,系统对比两种水平板防波堤的消浪性能。结果表明,在试验参数条件下,迎浪侧半开孔式水平板防波堤的透射系数整体上小于不开孔式水平板防波堤,且两种水平板防波堤的透射系数均在相对板宽为0.166或0.212时达到最小值;两种水平板防波堤反射系数的变化趋势相近,迎浪侧半开孔式水平板防波堤的反射系数整体偏小;迎浪侧半开孔式水平板防波堤的耗散系数整体大于不开孔式水平板防波堤,在相对板宽为0.166或0.212时达到最大值。迎浪侧半开孔式水平板防波堤的消浪性能优于不开孔式水平板防波堤。

基于SPH方法的沉箱开孔位置对消浪效果的影响

为了更深入地理解沉箱结构对波浪传播和反射的影响,对波浪与开孔沉箱相互作用进行数值模拟研究,为探究消浪效果最佳的沉箱上部开孔位置,通过基于SPH方法建立的数值波浪水槽,分析了3种不同开孔位置对反射系数Kr、波面高度变化、涡量场及流场的影响,总结了不同开孔位置对消浪效果的影响。研究发现当上部开孔的顶端在水下0.08 m时沉箱反射系数Kr最小,沉箱外的波面高度变化最小,开孔沉箱开孔处的涡量消耗的总量最大,流场变化最大是其他2种开孔位置的1~2倍,同时沉箱内波面最为平静,消浪效果最好。所得结论对开孔沉箱实际工程中消浪效果研究具有一定的参考意义。

海上光伏透空式消浪设施水动力特性试验

为保证海上光伏电站安全运行,在场区外围布置消浪设施以减小海浪对场区结构影响。从实际工程出发,在海上光伏区外围采用透空消浪板结构型式方案,进行波浪水槽模型试验,研究3种组合工况(五十年一遇高潮位组合五十年一遇波浪、五十年一遇高潮位组合二十五年一遇波浪、二十五年一遇高潮位组合二十五年一遇波浪)下的消浪率和波浪力情况。研究结果表明:在3种工况下,有效波高H_(s)和累积频率1%波高H_(1%)的消浪率分别为11.9%和11.3%、7.0%和6.8%、6.7%和6.6%,消浪效果明显;在3种工况下,透空消浪板的单宽正向波浪力最大值f_(y,max)和累积频率1%波浪力f_( y,1%)分别为36.88 kN/m和35.64 kN/m、23.89 kN/m和23.29 kN/m、19.25 kN/m和18.64 kN/m,消浪板结构安全性可有效保障。所提出的透空消浪板结构型式方案为保证海上光伏发电工程结构安全性与经济性提供一定的参考。

圆筒型结构消浪性能的物理模型试验研究

本文以圆筒型防波堤为基础,对其依次进行前开孔以及双侧开孔处理,得到前开孔结构和双侧开孔结构。通过物理模型试验,对三种结构的消浪性能进行对比研究。结果表明,前开孔结构的消浪性能随波高变化不显著,而双侧开孔结构的消浪性能则对波周期变化不敏感;从降低堤前反射的角度来看,双侧开孔结构的性能最优,而从消浪性能的角度考虑,前开孔结构的性能最优。

基于SPH方法双消浪室开孔沉箱数值研究

基于修正光滑粒子法(CSPM)和黎曼解修正后的光滑粒子流体动力学(SPH)方法,建立模拟波浪与开孔沉箱相互作用的数值水槽模型,通过理论解和数值结果对比,验证其准确性。研究消浪室相对宽度B/L、相对波高H/L、相对水深d/L因素对双消浪室开孔沉箱的反射系数Kr以及静水位处所受的波压力p的影响,并对水粒子出入消浪室复杂的过程进行研究。结果表明,在研究工况下,消浪室相对宽度B/L与波压力p呈现非线性关系,反射系数Kr随着消浪室相对宽度B/L增加而减小;相对波高H/L对波压力p和反射系数Kr影响较小;随着相对水深d/L增加,波压力p逐渐减小,反射系数Kr表现为先减小后增大的非线性特征。前消浪室水粒子相对后消浪室运动情况更为剧烈,水平速度较垂直速度变化较大,在开孔位置附近水粒子速度变化明显。

人工岛消浪作用研究综述

在风场作用下,湖库型水体近岸处易形成强度较大的风浪,对近岸护坡结构安全及滩面稳定带来威胁;为研究人工岛的建设对水源地近岸风浪的消减作用机理,结合前人对近岸人工岛消浪作用的研究成果,总结和分析近岸人工岛布置位置、面积大小、边界形状、人工岛数量方面等因素对人工岛消浪作用的贡献及影响,更加系统地研究了人工岛消浪作用机理,为湖库型水体近岸岸滩稳定及护坡安全的维护提供思路。

带坞舱船舶尾舱消浪装置消浪性能研究

目的 带坞舱船舶尾部具有与外界连通的自由液面,由于船舶运动会在坞舱内产生波浪,形成有害的波浪砰击,影响舱内装备的正常作业。针对这一问题,系统地对带坞舱船舶尾舱内的消浪方案进行模拟与优化,提出一套具有良好消浪性能的消浪装置方案。方法 以荷兰皇家海军两栖运输船为目标进行三维建模,使用CFD方法对其进行不同波浪下船舶响应模拟和分析,监测船舶的运动响应和舱内多个监测点的波高情况,使用多孔挡板为基础,给出一套消浪装置,并进行带有消浪装置方案的船舶响应模拟,评估该消浪装置方案的消浪性能。结果 对舱内首端和侧壁布置多孔板消浪装置,消浪效果可达40%~50%,验证了该消浪装置的可行性。结论 采用多孔介质区域模型对带有多孔介质消浪装置的整船进行数值模拟,在计算效率远高于对实际物理模型建模的同时,可以得到较好的消浪效果。

滩地刚性植物消浪作用特性研究

滩地植物有利于保障沿海地区的水安全,量化成熟期植物消浪作用是提升生态海岸韧性的基础。本文基于一般试验规律和两种波高消减模型,分析提出了新的滩地植物消浪系数计算方法,结合波高条件可计算林带消浪后波高,相关表达式由大量试验数据进行了验证,最后对比了由本文方法与规范方法计算的林带后波高。结果表明,阻尼因数及消浪系数能直观体现植物消浪作用特性,波浪传播方向上植物面积占横截面比例是影响植物消浪机理的关键无量纲参数。植物非淹没时,本文方法得到的林带后波高与规范方法接近;植物淹没时,本文方法能更准确描述植物消浪作用。相较于规范方法,本文方法考虑了植物淹没情况,直观揭示了林带密度、宽度、高度,植物平均直径,水深等参数的影响,适用于更多工况。基于植物消浪作用的模型可快速研判相关参数变化对植物消浪效果的影响,为生态海堤滩地刚性植物规划设计及数模研究提供科学和技术支撑。

牡蛎礁生态潜堤的消浪效果试验研究

为探究不同因素对牡蛎礁波浪衰减效果的影响,基于蛎岈山牡蛎礁保护区内测量的礁体尺寸、孔隙度等数据进行建模,采用不同孔隙度的袋装牡蛎壳组合来模拟牡蛎礁,对其在规则波作用下的消浪效果进行了研究.将牡蛎礁的透射系数试验值与抛石潜堤消浪公式计算值进行比较,分析其差异性及原因,并拟合得到了规则波作用下牡蛎礁的透射系数公式.结果表明,礁体相对干舷高度越大、相对礁顶宽度越大、孔隙度越小、波陡越大,则透射系数越小,表明消浪效果越好.当礁体露出水面时,牡蛎礁可达到相同尺寸抛石潜堤(人工块石护面)消浪效果的78%;而当礁体处于淹没状态时,孔隙度为0.55的牡蛎礁的消浪效果可达到抛石潜堤的1.1倍.

防波堤帷幕尺度对波浪力和消浪性能的影响研究

帷幕式防波堤下部透水,利于港内外的海水交换,防止水质恶化,维持原始水域生态平衡,因此模拟波浪与防波堤的相互作用具有重要的现实意义。该文基于高阶紧致插值CIP(Constrained Interpolation Profile)方法的二维波浪数值模型水槽,通过与文献结果进行比较,结果表明:该文数值模型能够有效地模拟孤立波在冲击帷幕式防波堤过程中的波浪破碎等强非线性现象。通过数值模拟,描述了帷幕式防波堤在不同的宽度和浸没深度情况下与孤立波之间的相互作用中流速和涡度的演变过程,并讨论了孤立波波高和帷幕式防波堤结构尺寸对反射、透射、耗散系数以及在帷幕式防波堤上冲击力的影响。研究表明:帷幕式防波堤的相对浸没深度越大时,消浪效果良好,同时帷幕式防波堤的相对宽度对消浪效果的影响较大。

含翼板浮式防波堤消浪性能分析

本文将浮式防波堤结构简化为两自由度的刚体运动,基于黏性不可压缩流体理论,用体积分数方法捕捉自由液面,采用重叠网格技术和有限体积法,使用计算流体力学软件Star-CCM+建立了二维数值水槽,对新提出的一种含翼板的箱型浮式防波堤和不含翼板的传统箱型浮式防波堤进行了数值模拟,对比分析了两种浮式防波堤的消浪性能、运动响应和流场特性,结果表明:翼型挡板能有效降低浮式防波堤的运动响应;含翼板和不含翼板浮式防波堤运动响应的不对称性是由水下两对不同强度和不同演化形式的旋涡造成的;附加翼型挡板在水下能形成强度更大的旋涡,从而吸收更多的波浪能,能够明显提升箱型浮式防波堤的消浪效果;附加翼型挡板在高性能的浮式防波堤设计中具有巨大潜力.

文得根水利枢纽上游护坡消浪型式研究

初步设计阶段批复的文得根水利枢纽大坝上游护坡型式为浆砌石护坡,考虑到料源、工期、结构性能、管理运维成本等原因,技施阶段变更为钢筋混凝土护坡型式。本文采用数值模拟方法,研究混凝土护坡不同消浪结构形式下波浪爬高,经技术比较确定采用阶梯式混凝土护坡消浪型式,为后续寒冷地区水库上游护坡消浪设计提供了参考和依据。

红树林生态系统中潮滩与植物消浪特性试验

采用室内水槽物理模型试验研究了潮滩、植物和红树林生态系统的消浪特性,量化了潮滩对红树林生态系统波高衰减的贡献。结果表明:随着植物淹没度的增大,潮滩、红树林生态系统的波高比均逐渐增大,即消浪效果越来越弱,而植物的波高比则是先减小再增大,水位在树冠中心时消浪率远高于其他植物部位;随着相对波高的增大,潮滩的波高比先稳定在1.0附近然后再减小,红树林生态系统的波高比逐渐减小,而植物的波高比先减小再增大;随着波长与植物带宽度的相对宽度增大,潮滩的波高比先略减小再增大,但多数稳定在1.0附近,而植物与红树林生态系统的波高比先增大再略微减小;潮滩对红树林生态系统波高衰减贡献随淹没度减小逐渐增大,最大可达63%;波浪在红树林生态系统传播过程呈非线性衰减,单位长度的波高衰减率在植物带前1/4宽度远大于后3/4宽度。

嫩江干流防浪林消浪影响因素分析

为研究嫩江干流防浪林影响因素对消浪效果的影响,合理设计防浪林优化布局,以东阳堤防为例,利用消浪性能计算公式,选取防浪林排列方式、行株距、树干半径、树冠半径、宽度、刚度作为影响因素,研究其对消浪效果的影响,并进行定量计算和理论分析。结果表明:种植棵数相同时,等边三角形排列方式的消浪效果最好;在不影响泄洪的前提下,防浪林的树干半径、树冠半径、宽度越大或行株距越小时,消浪作用越强;相同宽度下,刚性植物的消浪效果比柔性植物好,且消浪时间更持久;东阳堤防适合营造以刚性植物为主的防浪林,行株距为1.5~2 m,以宽度30~50 m为宜,刚柔混合,且当柔性植物高度大于刚性植物树冠最低处时,消浪效果更好。

华南沿海防浪林带种植宽度对消浪效果影响的试验研究

相关研究表明:植物带的宽度是影响防浪林消浪效果的主要因素。为此,本文依据华南沿海的实际情况对防浪林树种、波要素、滩地坡度等进行了选取,精细模拟了防浪林带不同宽度时波浪对海堤的冲击及爬高情况,深入分析了破碎波条件下防浪林带宽度对消浪护堤效果的影响,研究成果可供类似人工防浪林设计参考。

消浪防沙技术在浅水湖泊水环境改善中的应用

康平卧龙湖生态区是以保护半湿润、半干旱地区湿地生态系统和迁徙鸟类为主的自然保护区。卧龙湖为浅水湖泊,由于水深较浅,无法形成大面积的挺水植物群落。近年来,卧龙湖在风浪的扰动下,湖底沉积物扩散,导致污染物浓度上升,同时,水体透明度降低,光照条件缺失,导致沉水植物大面积死亡,而植物残体的腐败又进一步加剧了水质的恶化。要改善卧龙湖的水环境,消浪防沙是最重要的一环。通过修建浮式消浪防沙系统,满足生态湖泊的边界要求,为水生植物的生长和动植物的栖息创造条件,同时,可在浮式消浪防沙系统上部栽植水生植物,在消浪的同时恢复水生植被,为水生动物及微生物建立良好的生境,修复完整的浅水湖泊水生态系统。

生态海堤建设中堤前消浪技术的应用

生态海堤是近些年随着环境保护和生态保护等理念提出的一种强化海洋灾害防护的复合生态系统,其提出的主要目的就是从生态保护、环境保护等理念出发,全方位思考海洋生态系统和滨海生态体系等,从而基于实际需求,通过现代生物技术等手段构建具备更强劲防灾功能的生态体系。目前,我国的生态海堤建设是重点发展方向,广东中山、深圳等地区均有生态海堤面世,文章以广东中山地区的马鞍北岛西侧海堤为例进行分析,从技术层面探究堤前消浪技术的支撑作用,希望研究可为后续其他区域科学进行生态海堤建设提供更多借鉴。

海岸破碎带植物消浪数值模拟研究

沿海防浪林能形成柔性的植物消浪体系,可以有效降低风暴潮灾害。由于防浪林消浪效果受波浪、近岸水深及植物等多重因素的影响,消浪机理较为复杂,以往的系统研究成果较少。本文以立面二维自由面紊流模型为工具,建立了基于植物冠层特征的多孔介质模型,精细地模拟了破碎波对植物带的冲击,并与物理模型试验结果进行了对比验证,计算分析了植物带宽度、植物密度、滩地水深等因素对消浪效果的影响。