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。     

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。     

铅直薄膜浮式防波堤的理论模式

防波堤的主要作用是保护港口、锚船或海洋建筑物等免受巨大入射波的袭击.通常将防波堤划分为固定式结构与浮式结构两大类,本文介绍的浮式防波堤则属后者. 首次正式建造与使用浮式防波堤可以追溯到第二次世界大战.在第二次世界大战的诺曼底(Normandie)登陆期间,英国人成功地应用了浮式防波堤.此后,直到1957年人们对浮式防波堤的研究才又重新活跃起来.     

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.     

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.     

多层挡板桩基透空式防波堤消浪特性试验研究

本文回顾了已有的关于透空式防波堤的波浪透射率的理论计算方法,分析了多层挡板桩基透空式防波堤的消浪机理。结合防波堤断面波浪试验,探讨多层挡板桩基透空式防波堤的消浪特性。研究结果表明多层挡板桩基透空式防波堤能够显著消减波浪,它的应用突破了透空式防波堤仅适用于小尺度风浪水域的经验。研究发现影响防波堤消浪效果的因素中,挡板的透空率和设置方式的影响最为显著。文中提出的减小波浪透射率的方法可供设计部门参考。     

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。     

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。     

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。     

南港冰期海上漂浮式光伏技术试验研究

海上漂浮式光伏在北方冬季面临被海冰破坏的危险,冰期海洋环境对漂浮式光伏的影响尚处于研究初级阶段,因此非常有必要开展相关研究。为了有效防冰与抗冰,本文从水动力、波浪冲击性、支架稳定性、海水腐蚀、锚固方式等方面入手,首先对光伏方阵总环境载荷进行计算与仿真,然后对集装箱式漂浮防波堤、浮体方阵结构、支架、配件材料及锚固系统等进行优化设计,最后在潮汐变化显著的天津南港近海水域进行了冰期试验。试验数据与结果表明：浮式防波堤能有效阻挡围堰外海冰,消浪效果达到设计要求;塑料螺栓不仅可以有效避免因潮汐产生的浮体松动,而且能抵抗来自高盐高雾环境的腐蚀;设计的锚固系统能有效固定光伏方阵,使其漂移在可控范围内。该试验研究成果为优化北方冰期海上光伏技术方案提供了试验依据与理论支持。     

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...     

新型全潜式浮式风机在不同风况下的动力响应分析

针对一种新型全潜式浮式风机,应用FAST软件建立风电机组-塔筒-浮式平台-系泊系统的时域耦合分析模型,研究其在不同风况下的动力响应。计算结果表明:风速对于该浮式风机的动力响应影响明显,浮式平台的纵荡、纵摇以及风机叶片根部弯矩与风机在不同风速下受到的推力相关,由于新型全潜式浮式风机垂荡方向刚度很大,风速变化对于其垂荡运动影响相对较小;各风况下,系泊缆始终处于张紧状态,新型全潜式浮式风机运动幅值较小,具有良好的运动性能。     

透空式防波堤周围的非线性波浪传播的数值模拟

对非线形波浪在透空式防波堤周围的波浪变形进行了数值模拟,在Boussinesq波浪方程中加入与透空建筑物有关的新的耗散项,从而界定了透空建筑物引起的部分反射和透射,波浪折射衍射的传播过程通过控制方程求解。波浪控制方程通过有限差分方法求解。模型应用于模拟波浪经过具有部分反射的群桩式透空结构,结果表明透空式防波堤可以有效地衰减波浪,是重力式结构的一种替代形式。     

深水斜坡堤破坏致因分析及修复方案研究

以沿海某船厂防波堤破坏为背景,通过总结深水防波堤的设计方法,对比新、老防波堤规范关于深水防波堤不同的要求,在分析该船厂防波堤破坏原因的基础上,提出修复设计方案,并通过物理模型试验验证,对该方案进行优化。     

浅地层探测在栅栏式防波堤工程前期调查中的应用

水下工程前期调查广泛采用各种地球物理的手段来解决工程问题,本文根据浅地层剖面仪探测资料,分析拟建栅栏式防波堤工程海底的地层状况,为栅栏式防波堤工程基础设计提供地层分布及持力层的依据。     

沉箱式防波堤蛇行破坏的期望滑移量模型

防波堤是港工建筑物中的一个重要组成部分,主要作用为保护港湾免受波浪、冰、沙等海洋动力因素的侵袭.综合以往的相关文献,对于防波堤断面破坏形式,如滑移、倾覆、地基滑动等有了非常充分的研究,可以定量计算出其损坏程度.而对于防波堤平面形态的损坏,如蛇行破坏等,只是较深入研究了失效机理,并没有一个能够定量计算其后果的模型.本文第一部分将期望滑移量模型和绕射模型结合,建立了计算半无限长沉箱式防波堤在使用期限内蛇行破坏程度的模型.第二部分则利用实测的波浪数据设计并计算了一个沉箱式防波堤实例.结果表明,各个堤段的期望滑移量呈现出一定周期性变化的规律,堤头附近区域的滑移量远大于较远的堤段,这对于防波堤施工过程中的堤头防护具有参考价值.本文为建立防波堤平面形态损坏定量计算模型提供了一种思路.     

系泊式海洋工程设施的用海范围界定

为提高我国海洋工程项目用海的管理水平,进一步完善现有相关规范,文章分别以浮标、浮式生产储卸装置、浮式风力机和线形悬浮结构物为例,探讨系泊式海洋工程设施的用海范围界定。研究结果表明:科学合理地界定系泊式海洋工程设施的用海范围,须综合考虑结构物本身特点及其所在环境等因素,注重设置适当的安全距离,并简明标示相关结构物的垂向用海范围。     

新型沉箱防波堤兼作岸式OWC波能装置的设计及稳定性研究

防波堤与岸式OWC波能装置一直是被独立研究,从未产生交叉,但二者设施布置的条件显然具有关联性。本文根据二者关联的特点,设计出沉箱防波堤兼作岸式OWC波能装置,并通过物理模型试验验证了其可行性。     

不规则波作用下垂直挡板式透空堤透浪系数试验研究

垂直挡板式透空堤作为一种新型的透空式防波堤结构,通过将挡浪板垂直设置于波能最集中的水体表层来消减波浪,透浪系数是其最关键的指标。通过物理模型试验,分析不规则波作用下入射波高、波周期、挡板相对入水深度、相对堤宽、相对挡板超高、相对面板超高等因素对垂直挡板式透空堤透浪系数的影响规律,并在Wiegel公式的基础上拟合了垂直挡板式透空堤透浪系数的计算公式。可作为今后类似透空式防波堤结构透浪系数的近似估算,具有一定的参考价值。     

半潜式浮式风机支撑平台首摇运动特性分析

借助FAST软件对OC4半潜式浮式风机平台进行数值计算,分析了影响海上浮式风机平台首摇运动的一系列重要因素及其变化规律(如风向变化、浪向变化、陀螺力矩等)。研究了平台首摇运动所诱导的风机系统动力响应,发现浮式风机首摇运动不仅会加剧平台耦合运动响应,而且还会影响风机的气动性能和加剧锚泊张力波动。提出并探讨了几种减小海上浮式风机支撑平台首摇运动的方法。