波浪作用下方箱-水平板浮式防波堤时域水动力分析

在线性化势流理论范围内求解方箱-水平板浮式防波堤的波浪绕射和辐射问题,从时域角度分析了浮式防波堤的水动力特性.采用格林函数法将速度势定解问题的控制微分方程变换成边界上的积分方程进行数值求解,浮式防波堤的运动方程采用四阶Runge-Kutta方法求解.对不同层数水平板的浮式防波堤的波浪透射系数、运动响应和锚链受力进行了计算分析,结果表明方箱相对宽度对方箱-水平板浮式防波堤的波浪透射作用有重要的影响,透射系数随着方箱相对宽度的增加而减小.对于方箱加二层水平板的浮式防波堤,在本研究的计算条件下,当方箱相对宽度从0.110增加至0.295时,透射系数从0.88减小至0.30.水平板有利于增加浮式防波堤对波浪的衰减作用,但随着水平板层数从0增加至2,这种波浪衰减作用增加的程度趋弱.方箱-水平板的浮式防波堤的运动量小于单一方箱防波堤的运动量.与此对应,方箱-水平板防波堤的锚链受力小于单一方箱防波堤的锚链受力.     

浮箱式与倾斜式浮防波堤

本文介绍了浮式防波堤中的浮箱式与倾斜式两种浮防波堤的设计、结构、制造原理及防浪性能。作者认为浮式防波堤在加速我国沿海中、小型港口的开发利用,以及沿海和近海资源的开发和利用中必将发挥巨大作用。     

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.     

波浪作用下锚链系泊浮式防波堤动力响应的数值模型研究

浮式防波堤充分利用波能在水深方向的分布特性,在满足工程消浪要求的同时对海域水沙交换影响较小,且能够快速布置,在某些实际工程有一定应用前景。为了深入了解波浪作用下浮式防波堤的动力响应,基于OpenFOAM标准求解器olaFlow,在刚体运动求解计算中植入锚链求解模块MOODY(mooring cable dynamics),实现了基于重叠网格方法的浮体运动与锚链受力耦合求解,建立了锚链系泊浮式防波堤动力响应的二维数值模型。利用该数值模型对锚链系泊单方箱浮式防波堤在波浪作用下的透射系数、运动响应、锚链张力进行了模拟,并和相关试验结果进行了比较。结果表明,模型能够准确模拟二维波浪和浮式防波堤的相互作用,并用于三维模型的改进。     

双浮箱式浮式防波堤消浪性能试验研究

浮式防波堤在港口海岸工程、近海工程、海洋工程和水产养殖等诸多领域有广阔的应用前景。与单浮箱式浮式防波堤相比,多浮箱式浮式防波堤可提高其消浪性能。对双浮箱式浮式防波堤进行了二维波浪物理模型试验,分析了浮箱宽度、前后浮箱连接方式、前后浮箱间距以及浮箱入水深度等因素对浮式防波堤消浪性能的影响。研究结果表明:对于单浮箱式浮式防波堤,试验范围内浮箱宽度增大一倍后消浪效果改善并不相对明显;前后浮箱刚性连接的双浮箱式浮堤的波浪透射系数均小于前后浮箱自由的双浮箱式浮堤和相同浮箱宽度的单浮箱式浮堤,浮堤消浪性能提高;由于前后浮箱相对间距太大时前后浮箱的相互作用减弱,浮堤的波浪反射系数变小,而不同前后浮箱相对间距的波能损耗系数整体上差别较小,双浮箱式浮堤的波浪透射系数整体上随着前后浮箱相对间距D/2B的增大先减小然后变大,在相对间距D/2B为1.0~1.5时双浮箱式浮堤的波浪透射系数相比最小;不同波高和波浪周期下,浮堤的波浪透射系数均随着浮箱相对入水深度的增大而减小。     

浮式防波堤性能理论计算

本文论述了在任意浪向微幅入射波作用下,浮式防波堤性能理论计算。在求解其绕射势和辐射势边值问题后,引入无穷远处波浪速度势渐近表达式,应用波浪能量守恒原理,分别计算出由浮式防波堤横荡、垂荡和横摇运动引起的堤后波和当其被固定时在入射波作用下在堤后所兴起的波浪。最后计算出表达浮式防波堤防波效果的,以堤后波幅值与入射波幅值之比所定义的堤后波系数G_T。 本文对二个计算实例进行了理论计算,结果与试验相比吻合良好。     

矩形浮式防波堤的改进试验研究

本文在前一阶段几种浮式防波堤水力学特性试验研究的基础上,吸取国内外现有浮堤研制经验,又提出了几种经过改进的矩形浮式防波堤进行了规则波试验,测取了堤前与堤后波高,观测了浮堤的运动,并测取了浮堤的锚链力。试验比较了矩形浮堤前壁封口与开口,外部上设胸墙,下设挡浪板或瓦楞底板,浮堤内部用左右对称的边浮箱,该箱体采用矩形或尖劈形,试验还比较了不同于弦高度与吃水,使浮堤平放或前倾,浮堤采取错系或用立柱阻挡,分别研究了这些浮堤的水力特性,从中选出浮堤的最佳结构形式。     

浮式防波堤非线性波浪力实验研究

对浮式防波堤在不同吃水深度、周期、波高和入射波波型情况，进行了波浪对浮式防波堤非线性作用力的研究，给出了有关实验结果。实验结果表明波浪力在周期较大时，随着波高的增加，出现一阶力减小、高阶力增大的强非线性现象。实验中出现了二阶力大于一阶力的现象，也出现了三阶力大于二阶力和一阶力的现象。     

两种型式的波能装置-浮式防波堤水动力性能比较研究

波能装置-浮式防波堤是将浮式防波堤与波能转换装置集成,兼具防波消浪和捕获波浪能的集成装置,能够有效降低单一功能波能转换装置的成本。研究者们提出了许多波能装置-浮式防波堤的结构型式,其中非对称式浮体结构相比于对称式浮体结构,在单向入射波的水动力性能方面拥有一定的优势。本文针对导桩锚泊的非对称式方箱-三角形挡浪板和方箱-垂直挡浪板两种浮体结构型式,通过数值模拟的方式,对比分析其水动力特性和波能俘获特性。数值模型基于黏性流体理论,以Navier-Stokes方程为控制方程,并采用VOF方法和浸没边界法求解自由面边界和流固耦合作用,探究不同入射波周期、水深和浮体排水条件下集成装置水动力性能（消波特性、能量耗散特性和波能俘获特性）变化趋势。结果表明,在近岸波浪条件下（5～8 s）,垂直挡板型式集成装置适用于较小周期波浪（5～6 s）,而三角挡板型式集成装置适用于较大周期波浪（6～7.5 s）。随着水深增大,波能俘获比总体上呈现缓慢增长的趋势。在主浮体吃水相同的情况下（排水量不同）,两种结构的透射系数基本一致;而在排水量相同（主浮体吃水不同）的情况下,垂直挡板结构型式的防波效果更好,三角挡板结构型...     

集成波能转换功能的方箱—挡浪板式浮式防波堤水动力特性研究

浮式防波堤与振荡浮子式波浪能转换装置集成是一种较为合理的波浪能开发利用方式,基于方箱式浮式防波堤—波浪能转换集成系统和幕帘式防波堤的研究成果,提出了一种新型方箱—垂直挡浪板式浮式防波堤—波浪能转换集成系统,建立数学模型对该集成系统的水动力特性和能量输出特性进行研究。模型基于N-S方程,采用紧致插值曲线(CIP)方法结合浸没边界法(IBM)求解。运用数值模型探究在一定波浪条件下,动力输出系统(PTO)阻尼力的大小以及挡浪板对集成系统的水动力特性和能量转换特性的影响,得到如下结论:集成系统的俘获宽度比随PTO阻尼力的增大呈现先增大后减小的趋势,在阻尼力F_(PTO)=150 N时达到最大;相对于方箱型集成系统,增设0.1 m挡浪板后可使其最大俘获宽度比η_e提高33%左右;此外,集成系统的俘获宽度比随挡浪板长度增加而增大,增长趋势逐渐变缓,在挡浪板长度S_p=0.5 m时达到最大,此时俘获宽度比η_e=0.563 1。     

China Ocean Engineering Contents of Volume 20, 2006

第24卷,第1期,2006年2月浮式生产储油船振动噪声混合数值预报………………………………………………………………………杨德庆,戴浪涛(1)浅水浮式生产储油系统(FPSO)二阶定常力数值仿真研究…………………………………………王磊,李欣,杨建民(9)圆弧面防波堤波浪力初步研究……     

新型开孔工字板组合式防波堤波浪力特性试验研究

开孔工字板组合式防波堤是基于透空板式防波堤的一种新型结构形式,具有自重轻、材料省的特点。为充分了解新型开孔组合式防波堤的受力特性,基于室内水槽物理模型试验,测量新型开孔工字板组合式防波堤上的波压力与结构总力,研究相对波高H/d、相对波长L/B对该新型防波堤结构表面压力的影响,讨论了该新型防波堤所受波浪力荷载与相对波高H/d、相对波长L/B的关系。结果表明,相对波高H/d是决定新型防波堤结构表面波压力和结构总力的主要影响因素。该新型防波堤结构波浪力荷载以垂直方向受力为主,新型防波堤结构所受竖向总力远大于水平总力,最大可达到15倍。新型防波堤水平总力随相对波长L/B先增大后趋于稳定。相对波长L/B=3.617是防波堤结构水平总力变化幅度的分界点。     

二维浮体上孤立波透射与反射的解析解

本文应用渐近匹配法得到了浅水孤立波在二维薄浮体上透射与反射的解析解,给出了透射波波高和相位变化的规律以及反射波的特性,并探讨了浮体与水底间间隙对孤立波透射与反射的影响。在工程上对淡水域浮式防波堤设计有借鉴和指导意义。     

斜向波与带填料开孔板式防波堤相互作用的研究

基于线性势流理论,对斜向波与消浪室内带部分填料的开孔板式防波堤结构的相互作用进行了理论研究.利用匹配特征函数展开法给出了开孔防波堤结构反射系数和波浪力系数的理论计算方法,在极限情况下的计算结果与已有结果一致.利用数值算例分析了开孔结构反射系数和波浪力系数的主要影响因素.增加消浪室内填料厚度通常可以降低开孔墙结构的波浪力系数,加大结构的反射系数.随着波浪入射角度的增加,带填料防波堤结构的反射系数值先减小,达到最小值后又单调增加.     

新型浮式防波堤水动力性能数值研究

针对设计的新型双浮筒+Savinious型(S型)桨叶浮式防波堤的结构形式,基于势波理论和结构耦合水动力分析理论,利用面元积分和Newmark-β时间步进格式进行计算,研究其在线性规则波作用下的消波性能、运动响应和系泊张力响应,验证该结构的合理性。数值计算结果表明,阻尼修正后的防波堤纵摇运动响应合理,在波高H=1.5 m、波浪周期T=3 s下其消浪性能较为理想,透射系数达到0.65,同时系泊线张力呈周期响应并满足最大破断力的条件。此外,还研究了浮筒相对间距S1/L,浮筒—桨叶相对间距S2/L以及Savinious型桨叶高径比d/h三个无量纲关键几何参数对防波堤透射系数Ct和系泊线时域张力响应的影响。计算结果表明,浮筒间距S1越接近波长,防波堤消波性能越好,但迎浪侧张力响应幅值越大;随着浮筒—桨叶相对间距S2/L由0趋近于1,其透射系数随之减小,但迎浪侧张力响应幅值基本保持不变;减小桨叶的高径比d/h可以提高防波堤消波性能的稳定性,但张力响应幅值随之增大。     

防波堤损坏特点与其成因的关系

利用日本《被灾防波堤集览》、葡萄牙锡尼斯防波堤、日本六小河原港防波堤、中国大连渔港、台湾基隆港等61件典型损坏案例及其它参考文献所涉及的140余件案例,讨论了防波堤损坏平面形态与断面部位的特征。根据防波堤损坏特点,从波浪水动力学特性、结构、地基和施工多方面分析了损坏原因与损坏特性之间的关系,从而深化对防波堤工作机理的认识。     

深水浮式系统耦合分析方法研究

深水浮式系统由系泊系统、立管系统和浮式结构(船体)构成,船体与柔性结构的耦合效应是非常显著的,文章介绍了深水平台耦合效应产生的原因和定义.耦合分析方法的步骤及其原理,并分析了传统非耦舍分析方法的不足.实例表明,耦合分析方法更接近于实际.     

混合模块大型浮式结构系统耦合动力响应分析

针对具有天然岛礁庇护或人工庇护的温和海洋环境,提出了一种混合模块大型浮式结构系统,即水动力性能更优的半潜式模块作为内侧主模块,消波效果更优的箱式模块作为外侧浮式防波模块和波浪能发电模块.波浪能装置利用外侧箱式模块与内侧半潜式模块的相对纵摇运动进行发电.考虑模块间多体水动力耦合效应和连接器机械耦合效应,基于ANSYS-AQWA程序重点研究了典型海况下混合5模块串联浮式结构系统的动力响应特征.结果表明,外侧箱式模块和波浪能发电装置能有效减弱内侧半潜式主模块运动响应、连接器动力响应和系泊缆绳张力,并且提供一定的能源供给.所得研究成果可为模块化超大型浮式结构系统的防波—发电集成系统设计提供参考.     

超大型海洋浮式储油系统的风险评估

对超大型海洋浮式储油系统的危险灾害识别、失效概率计算、失效后果评估、风险准则评定和风险管理决策等几个主要步骤进行了风险分析,计算结果为在设置防坡堤情况下,储油船漂移的概率为2 217×10-6,沉没的概率为6 778×10-8,结构损坏的概率为6 300×10-7,总的经济损失为70万人民币;在未设置防波堤的情况下,储油船漂移的概率为3 167×10-3,沉没的概率为9 683×10-5,结构损坏的概率为9 000×10-4,总的经济损失为9 91亿人民币。结果表明,采取合理的措施,如在储油船系泊地点设置防波堤,以降低风险水平是十分必要的。     

日本研究出两种新型防波堤

日本电力会社、中央研究所,研究成功两种新型,既降低建没费用,又提高性能的防波堤。今后在建设防波堤时,将采用其中的某一种。新型防波堤,是用混疑土预制的箱型结构,但与消波砌外型的防波堤不同。迄今的防波堤,上边是平面的。造价高,易磨耗,越波防止机能差。新型防波堤有两类。一是缝隙型,二是缓斜面型。