多消浪室开孔沉箱消浪特性的数值模拟研究

本文基于雷诺平均的Navier-Stokes方程和k-ε模型求解湍流流动,采用流体体积法(Volume of Fluid,VOF)追踪自由表面运动,建立无反射波浪数值水槽,对多消浪室开孔沉箱的消浪特性进行数值模拟研究。将单消浪室和多消浪室开孔沉箱反射系数和结构前波面分布的数值分析结果与物理模型试验结果进行对比验证,两者符合良好。利用数值算例,研究多消浪室开孔沉箱的反射特性以及开孔结构附近的速度场和湍流强度分布。分析结果表明:波浪与开孔沉箱相互作用时,涡旋和湍动主要分布在开孔墙和消浪室内部自由表面附近;与单消浪室开孔沉箱相比,多消浪室开孔沉箱可以更有效的耗散波浪能量,降低结构的反射系数。本文分析结果可为开孔沉箱结构的工程设计提供参考依据。     

多消浪室局部开孔沉箱防波堤反射特性的迭代解析研究

基于势流理论，对多消浪室局部开孔沉箱防波堤的反射特性进行解析研究。研究中采用开孔墙处的二次压力损失边界条件，可以直接考虑波高对于开孔墙处能量损失的影响。利用匹配特征函数展开法和迭代方法得到当前问题的解析解。收敛性验证表明，迭代计算和级数解均具有良好的收敛性。该解析解的计算结果与分区边界元的数值计算结果一致，并且与已有的试验结果符合良好。通过算例分析，研究开孔沉箱防波堤反射系数的主要影响因素。结果表明：与单消浪室开孔沉箱防波堤相比，多消浪室开孔沉箱防波堤可以在更宽的波浪频率范围内保持低反射；增大开孔墙的开孔率，有利于降低多消浪室开孔沉箱防波堤的反射系数；当开孔墙的开孔率沿着入射波方向依次递减时，多消浪室开孔沉箱防波堤的反射系数较小。本文所建立的解析模型简单可靠，可用于工程初步设计中分析开孔沉箱防波堤的水动力性能。