不同结构离岸式潜堤消浪效果试验研究

在某保滩促淤工程中,应用了离岸式潜堤技术。为了验证其不同结构形式的消浪效果,通过物理模型试验,对斜坡堤、大圆筒以及板桩直立堤的3种潜堤断面,在3种不同水位、波高作用下的消波效果作观测比较,并对其结果进行分析研究,旨在为工程设计和建设提供科学依据。     

碟形越浪式波能发电装置的三维数值模拟

基于计算流体力学软件的三维数值模拟技术,分析了碟形越浪式波能发电装置的越浪性能,通过构建基于水气两相VOF(Volume of Fluid)模型的三维数值波浪水槽对该装置进行三维数值模拟研究,数值计算结果与物理试验结果相互对比验证较为吻合,验证了所构建的三维数值波浪水槽的可靠性,通过考察装置的坡度、导流叶片个数、干舷高度对越浪性能的影响确定装置的最优结构参数。结果表明,在装置的斜坡面边缘增加回流板可减少波浪的反射,提高装置的越浪性能。在数值模拟中将装置的斜坡面边缘处安装回流板对碟形越浪式波能发电装置参数进行优化,通过分析回流板的长度对装置越浪性能的影响来探索最优回流板长度。     

分层斜坡越浪式波能发电装置结构受力试验研究

分层斜坡越浪式波能发电装置作为一种重要的波能转换型式,在开发利用波浪能的同时,可与防波堤或护岸工程相结合,将海岸工程的被动消能变为主动吸能,提高综合效益。在实际工程应用中,分层斜坡越浪式发电装置引浪面在波浪荷载作用下的安全性成为首要问题,由于其引浪面与防波堤或护岸的护面对水体磨阻影响不同,因此水体对结构的作用力不同,已有的斜坡式防波堤所受波浪荷载的研究无法用于指导分层斜坡越浪式发电装置引浪面的结构强度设计。通过水工物理模型试验,对分层越浪装置引浪面在不同波况条件下的结构受力进行研究分析,获得越浪装置引浪面上点压力及波浪力的分布规律,为装置的结构设计提供理论指导及设计支持。     

斜坡上波浪破碎与越浪非静压数值模拟

为合理确定防浪建筑物的越浪量,基于含非静水压力梯度项的非线性浅水方程建立了近岸波浪越浪数值模型。通过采用域内造波、消波并结合波前静压假定的破碎模型,模拟了规则波和不规则波在斜坡上的波浪传播变形,并在此基础上进行了越浪量数值计算。数值计算结果与物理模型实验结果表明,非静压模型可合理地描述波浪破碎点位置、破碎后的波高、增减水以及斜坡上的堤后越浪量。数值模型具有较高的计算精度和计算效率,可为实际工程防浪建筑物越浪以及堤顶高程的设计提供一种新的数值研究手段。     

威海市海滨南路护岸工程断面模型试验

利用断面物理模型试验 ,对 3种结构形式 (斜坡段、大台阶段、圆筒段 )的护岸的稳定性和越浪量进行了研究。在此基础上 ,对比分析了与断面结构具体特征紧密联系的消浪效果和结构稳定性的差异 ,指出斜坡段断面更为经济合理 ,护底块石对整个结构的稳定起着至关重要的作用 ,其稳定重量不能笼统地按《防波堤设计与施工规范》(JTJ2 98-98)的最大波浪底流速方法确定 ,还要充分考虑护底层厚度等因素     

透空管式防波堤透射系数及反射系数的试验研究

对透空管式防波堤的消浪性能进行了研究,通过进行物理模型试验,深入探讨了管道防波堤的堤顶宽度、斜率、波陡对防波堤消浪效果的影响,得出了该结构的反射系数及透射系数与各影响参数间的关系。研究结果表明,堤顶宽度为1.2Hm,斜率为1∶1.5的模型消浪效果较好。     

基于格子Boltzmann方法的斜坡堤越浪数值模拟研究

准确确定越浪量对于斜坡堤设计有重要意义。利用格子Boltzmann方法(LBM),并采用主动吸收式速度入口造波、出流边界消波、VOF方法追踪自由表面以及静态Smagorinsky模型模拟紊流运动,建立二维数值波浪水槽,对光滑斜坡堤上规则波与不规则波越浪进行数值模拟。模拟结果与试验值及其他数值模型结果比较表明,二维LBM数值波浪水槽具有模拟斜坡堤越浪的能力,但对于破碎较为剧烈的越浪过程模拟,该模型还存在一定的不足,未来可从提高自由表面模型精度等方面进一步改善其性能。     

木本植被覆盖岸坡上波浪爬升过程的数值模拟研究

近岸木本植物构成的生态缓冲带作为新型的海岸软防护结构,兼具功能性和生态友好性,在沿海工程建设中愈发受到关注,如何深入开展其防护效果的机理研究是目前亟待解决的问题。本文采用数值模拟方法,在N-S方程中分别考虑树枝和树干的拖曳力影响,提出了木本植被作用下波浪沿斜坡爬升的表面波衰减的连续介质等效模型,并采用MAC法来跟踪自由曲面上的水颗粒轨迹。本文以波浪沿1/30的斜坡爬升为算例,对比讨论了有无植被作用下波浪的传播过程,并将算例结果与以往试验结果规律进行对照,验证了数值模型的有效性。最后,分别讨论了植物枝干的高度、密度、树枝倾斜角度等植被特性和波浪因素对植被消浪效果的影响,得到植被消浪的基本规律。文中的计算结果也可为实际的护岸工程和生态景观设计提供参考。     

孤立波与升沉水平板相互作用数值模拟研究

合理的刚度和潜深设计可以使升沉水平板获得优异的消浪性能。基于考虑流体黏性的二维不可压缩Navier-Stokes方程,以高阶紧致插值CIP(constrained interpolation profile)方法求解方程对流项,采用VOF(volume of fluid)方法重构自由液面,构建二维数值波浪水槽。采用试验数据验证模型后,研究孤立波与升沉水平板相互作用,分析相对刚度K*、相对潜深d/h、相对波高H/h对于升沉板的消浪性能和运动响应的影响,揭示升沉板对孤立波的消浪机理。研究表明:在孤立波通过时,升沉板会经历一个先上升后下降的运动,随后非线性自由振动,板下方水体近似均匀流动,且水流的垂向流动与板的垂荡方向一致;升沉板主要通过不对称涡旋脱落、浅水变形、波浪反射与辐射波转化等方式消耗孤立波能量;一定条件下,采用最优相对刚度K*=4.0和最优相对潜深d/h=0.52可以取得良好的消浪效果,此时透射系数最小,同时升沉板的运动响应在合理的范围内。     

双平板式透空堤消能效果评价方法

双平板式透空堤具有较为优越的消浪性能备受专家学者关注。目前关于其消浪性能的评价多采用透射波高法开展,仅考虑波高一个参数。本文采用透射波高法、波浪能量法和波能流法分别对平板式透空堤的消能效果进行评价,结果表明,综合考虑波高、水深和周期三个参数的波能流法更加全面与深入。探讨了双平板式透空堤迎浪向与背浪向处波能流的主要影响因素,结果表明,相对板宽、位置参数和波高大小对波能流的影响较板间距和潜深更加显著。     

开孔沉箱结构消浪效果和水动力特征试验探究——以日照港岚山港区码头为例

由于开孔前墙和消浪室具有强扰动作用,所以开孔沉箱结构具有很好的消浪效果。本文通过日照港岚山港区码头开孔沉箱结构的物理模型试验,研究了沉箱不同开孔位置的消浪效果和水动力特征,分析了不同方案的反射系数和越浪量。结果表明：水位对反射系数的影响较大,开孔位置较高的方案,其消浪性能较好,且越浪量较小。选择反射系数和越浪量均较小的设计方案进行了水动力试验,结果表明：水平力最大时对应的浮托力约为最大浮托力的60%;浮托力最大时对应的水平力约为最大水平力的75%;波浪对开孔沉箱的作用主要集中于外壁迎浪侧,内部结构受到的波浪力很小;第二消浪室波浪力小于第一消浪室。     

植物消浪护岸模型实验研究

对于在堤岸上种树消浪这一新的护岸工程,根据实际波浪要素和现有实验设备条件确定出几何比尺,选取桧柏树枝作为防浪树的模型,筛选主要影响因素进行量纲分析,确定实验组次,对实验现象和数据作定性和定量的分析,得出防浪林应有相当的宽度,才能起到预期的防浪护岸效果,防浪林过窄,可能会引起“共振”现象,并且斜坡的消浪效果好于平坡,对实际工程可起参考作用。     

波浪与大开孔消浪结构作用非线性数值模拟

基于二维Laplace方程和边界条件,经过Green转换得到以势函数及势函数法向导数为未知量的积分方程。结合0-1混合型边界元和分区边界元方法建立一个适用于求解波浪与大开孔消浪结构相互作用的强非线性波浪变形数值模式,同时给出开孔板上波动压力的计算方法。通过数模与物模结果对比,该数值模式具有较好的精度,可应用于开孔沉箱防波堤消浪效果的计算和研究,其处理原则对其他低反射海工结构物计算也将有适用性。     

圆弧板透空式防波堤消波性能试验研究

提出了一种由多层圆弧板组成的新型透空式防波堤结构,并对其在二维规则波浪作用下的消波性能进行了物理模型试验研究。在不同入射波高条件下,对圆弧板和水平板透空结构的消波性能进行了比较分析,探讨了圆弧板间距和层数对圆弧板透空式结构消波性能的影响。研究结果表明,圆弧板透空式结构的消波效果优于水平板式透空结构,在相对宽度为0.2时,可以使透射系数达0.5以下。随着圆弧板间距从0.15 m减小到0.05 m时,消波效果逐步提升,而圆弧板的层数对结构的消波性能也有一定影响。     

空间节省型堰式沉箱波浪反射与结构优化试验研究

为了同时提升消浪效果和节省海岸空间,对低反射防波堤进行改进,提出了一种空间节省型堰式沉箱结构。通过物理模型试验研究了堰式沉箱在规则波作用下的消能机理,然后采用单因子分析法分析了相对淹没深度、波陡和相对波高对反射系数的影响,并且利用SPSS软件对无因次参数进行非线性回归分析得到了反射系数计算公式。结果表明,内堰消浪室可以形成良好的波能耗散机制,随着有效消浪室个数的增多,消浪效果逐渐增强,使得反射系数的最小值和最大值较非透空直立结构分别降低了60%～90%和10%～30%。基于以上研究成果,给出关于特征水位与内堰的相对位置关系的合理建议,并总结了堰式沉箱结构的优化设计要点,对实际工程应用具有一定的指导意义。     

直立堤堤前抛石对越浪量的影响

在实际的海堤等工程中常用堤前抛石消浪减少爬高或越浪量,但结果有时适得其反。本文通过直立堤堤前抛石对越浪量影响试验,明确提出堤前抛石消浪的适用范围和估算越浪量的经验关系式,并提出平台上抛石消浪的新设想。     

砌石护面斜坡堤直立式胸墙挑浪嘴的效应

本文通过室内试验,对砌石护面斜坡堤上直立式防浪胸墙墙顶设置挑浪嘴的挑浪效应进行了探讨。文中研究了挑浪嘴尺寸、墙顶超高与挑浪效果的关系;挑浪嘴引起的波压力变化及其对胸墙稳定的影响等,并根据实测数据,经统计分析,得出了它们之间的经验关系式,可供设计挑浪嘴的尺度时作参考。     

扭王字块体斜坡堤越浪量的数值研究

鉴于《港口与航道水文规范》(JTS145—2015)中缺少扭王字块体斜坡堤越浪量的计算方法,因此开展相关的试验研究对规范发展和工程设计具有重要意义。在基于FLUENT软件的数值模型中,通常采用多孔介质区中的系数C来模拟斜坡上扭王字块体的消浪作用,而确定每种工况系数C的取值是实现数值模拟斜坡堤越浪量的关键。借助物模试验率定出所有工况的系数C,通过单一变量分析,发现C值随波陡、相对水深、相对坡肩宽度及相对块体尺寸的增大而增大,随相对堤顶超高及相对胸墙高度的增大而减小,综合以上影响因素,得出不同坡度下系数C的计算关系式。研究成果不仅丰富了规范内容,还为相关的工程设计提供了参考。     

波浪作用下填筑式进海路基于ADINA的有限元分析

流体基于NS方程,采用VOF方法追踪自由面;固体结构采用有限单元法,应用ADINA软件的流固耦合功能,分别数值模拟了波浪作用下3种不同护面型式的填筑式进海路的受力和变形.通过分析护坡型式对填筑式进海路所受波浪作用的影响,得出整体斜坡式进海路受到的波浪力及位移相对最小,同时复式坡面进海路比单一坡面的进海路消浪效果好.     

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。