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。     

倾斜挡浪板式桩基透空型防波堤的消浪性能研究

本文提出了一种倾斜挡浪板式桩基透空型防波堤,通过物理模型试验对规则波作用下防波堤的消浪性能进行了研究。试验中观测了桩基透空型防波堤迎浪侧和背浪侧波面的变化过程,探讨了不同入射波浪条件下防波堤挡浪板的开孔率ε和布置形式B对其消浪性能的影响,分析了防波堤的反射系数K_r、透射系数K_t以及波能耗散系数K_d随着相对波高H/D和相对堤宽W/L的变化关系,并从波浪能量分布的角度分析此种防波堤的消浪机理。研究结果表明,单层挡浪板的开孔率自30%降低至10%,平均透射系数可减小约24.3%,平均耗散系数可增长约12.8%;双层挡浪板防波堤的反射系数取决于前排挡浪板的开孔率,透射系数取决于挡浪板组合中的最小开孔率。     

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。     

新型直立式透空堤消浪性能数值研究

为使防波堤同时具有良好的掩护效果和水体交换能力,提出了两种带有透浪通道的新型直立式防波堤。基于Fluent求解器建立了三维数值波浪水槽,通过与试验结果对比,验证了该数值水槽求解波浪与透空堤作用具有较高的精度。对两种防波堤在规则波作用下的透浪特性进行了研究,结果表明:透射系数K_t与透空率呈正线性相关,且可通过调整透浪通道间距,使相同透空率下K_t降低20%～30%。对同一结构,K_t随相对波长的增大而显著增大,但受相对波高的影响较小。在透空率大于0.16后,异型沉箱防波堤的消浪性能明显优于错位沉箱。基于数值计算结果,给出了以上两种透空堤波浪透射系数的经验公式。     

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。     

高桩挡板透空式防波堤消浪性能数值研究

以RANS方程为控制方程,基于有限体积法,在动量方程中添加源项,建立了具有造波‐消波功能的数值波浪水槽。利用建立的源项造波数值波浪水槽,模拟了高桩挡板透空式防波堤在规则波作用下的消浪效果,完整地再现了堤前堤后的流态,分析了挡板相对入水深度对透浪系数的影响。在与试验值及拉帕公式对比后发现,数模计算结果与试验值较接近,拉帕公式偏大。研究了堤顶相对宽度、相对水深、相对波高对透浪系数的影响并提出修正公式,修正公式与计算值和试验值吻合较好。     

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。     

挡板透空码头水平波浪力计算方法的探讨

目前,对透空式高桩梁板码头的桩基和墩柱波浪力的计算,现行《海港水文规范》中有相应的公式,但对一侧增设挡浪板及上部结构构件的透空式高桩梁板码头水平波浪力的计算,规范并没有明确规定相应的计算公式。从挡板透空码头设计中水平波浪力的计算分析入手,说明挡板波浪力采用不同计算方法的差异性,并针对某设计工程进行了实例分析,通过相关文献、现行规范及物理模型试验等三种不同方法所得计算结果的比较,探讨一种适合挡板透空码头的水平波浪力的计算方法,供工程设计时参考。     

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。     

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。     

Scattering of water wave by a submerged horizontal plate and a submerged permeable breakwater

Based on a two-dimensional linear water wave theory, this study develops the boundary element method (BEM) to examine normally incident wave scattering by a fixed, submerged, horizontal, impermeable plate and a submerged permeable breakwater in water of finite depth. Numerical results for the transmission coefficients are also presented. In addition, the numerical technique's accuracy is demonstrated by comparing the numerical results with previously published numerical and experimental ones. According to that comparison, the transmission coefficient relies not only on the submergence of the horizontal impermeable plate and the height of the permeable breakwater, but also on the distance between horizontal plate and permeable breakwater. Results presented herein confirm that the transmission coefficient is minimum for the distance approximately equal to four times the water depth.     

弧板式透空堤消浪性能影响因素数值研究

弧板式透空堤是由弧型板组成的新型防波堤结构。为探讨其透射系数的影响因素,利用Fluent软件基于N-S方程构建了波浪与板式透空堤相互作用的数值模型,讨论了相对潜深、入射波周期、相对波高、相对板宽和结构型式对透射系数的影响。结果表明:弧板式透空堤的透射系数随着相对波高和入射波周期的增大而增大,在静水面附近透射系数最小,尤以静水面和略高于静水面时的消浪效果最佳;在相同波浪要素条件下,静水面及其上0.02 m和0.04 m位置处,弧板式透空堤的消浪效果明显优于平板式透空堤。     

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。     

Scattering of water wave by a submerged horizontal plate and a submerged permeable breakwater

Based on a two-dimensional linear water wave theory, this study develops the boundary element method (BEM) to examine normally incident wave scattering by a fixed, submerged, horizontal, impermeable plate and a submerged permeable breakwater in water of finite depth. Numerical results for the transmission coefficients are also presented. In addition, the numerical technique's accuracy is demonstrated by comparing the numerical results with previously published numerical and experimental ones. According to that comparison, the transmission coefficient relies not only on the submergence of the horizontal impermeable plate and the height of the permeable breakwater, but also on the distance between horizontal plate and permeable breakwater. Results presented herein confirm that the transmission coefficient is minimum for the distance approximately equal to four times the water depth.     

Study on Submerged Upper Arc-Shaped Plate Type Breakwater

Based on the wave radiation and diffraction theory, this paper investigates a new type breakwater with upper arcshaped plate by using the boundary element method(BEM). By comparing with other three designs of plate type breakwater(lower arc-shaped plate, single horizontal plate and double horizontal plate), this new type breakwater has been proved more effective. The wave exiting force, transmission and reflection coefficients are analyzed and discussed. In order to reveal the wave elimination mechanism of this type of breakwater, the velocity field around the breakwater is obtained. It is shown that:(1) The sway exciting force is minimal.(2) When the ratio of the submergence and wave amplitude is 0.05, the wave elimination effect will increase by 50% compared with other three types of breakwater.(3) The obvious backflow is found above the plate in the velocity field analysis.     

Wave motion over a submerged breakwater with an upper horizontal porous plate and a lower horizontal solid plate

This study examines the hydrodynamic performance of a modified two-layer horizontal-plate breakwater. The breakwater consists of an upper submerged horizontal porous plate and a lower submerged horizontal solid plate. By means of the matched eigenfunction expansion method, a linear analytical solution is developed for the interaction of water waves with the structure. Then the reflection coefficient, the transmission coefficient, the energy-loss coefficient and the wave forces acting on the plates are calculated. The numerical results obtained for limiting cases are exactly the same as previous predictions for a single submerged horizontal solid plate and a single submerged horizontal porous plate. Numerical results show that with a suitable geometrical porosity of the upper plate, the uplift wave forces on both plates can be controlled at a low level. Numerical results also show that the transmission coefficient will be always small if the dimensionless plate length (plate length versus incident wavelength) exceeds a certain moderate value. This is rather significant for practical engineering, as the incident wavelength varies over a wide range in practice. Moreover, it is found that the hydrodynamic performance of the present structure may be further enhanced if the lower plate is also perforated.     

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。     

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.     

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...