碟形越浪式波能发电装置越浪性能的试验研究

碟形越浪式波能发电装置是1种新型的波能发电装置,本文对其几何形状及尺寸进行了初始设计。通过对装置越浪性能的物理模型试验研究,揭示了装置越浪量与入射波要素的变化关系,得到了不同干舷高度在各入射波要素下装置的波能俘获能力。     

一种越浪式波能发电装置越浪量和波压力的试验研究

越浪式发电装置具有结构稳定、可靠性高等优点。在前人的研究基础上,对越浪式波能发电装置的模型进行了优化设计,通过模型实验研究了该波能发电装置在不同波况、不同干舷高度下对波能的俘获能力以及结构的受力情况。对越浪量的试验结果进行了无量纲分析,分别得出了越浪式模型装置的越浪量关于干舷高度和波高的指数函数拟合曲线,总结了两者对越浪量影响的普遍规律。通过对规则波和不规则波波浪作用下装置受力结果的归纳总结,探讨了波能装置波压力和浮托力变化的一般规律。本研究可为越浪式波能发电装置的研究提供参考依据,为波浪能的利用提供一定的参考价值。     

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。     

斜向和多向不规则波在斜坡堤上的单波越浪量的实验研究

通过三维物理模型实验对斜坡堤上斜向和多向不规则波的单波越浪量进行了研究.实验考察了入射方向为0°~45°的斜向波和方向分布宽度为0°~25°的多向波以及混凝土和扭工字块体两种护面形式.在混凝土护面堤上用Weibull分布函数拟合了单波越浪量的累积频率分布,在影响因素不同的条件下确定了分布函数中的系数和越浪比例,给出了计算单波越浪量的公式,同时对扭工字块体护面堤上大约100个波中最大的单波越浪量进行了估算.     

扭王字块体护面斜坡堤越浪量试验研究

针对现行规范中缺少扭王字块体护面斜坡堤越浪量的计算方法,考虑波陡、相对水深、相对堤顶超高、相对坡肩宽度、相对胸墙高度和相对块体尺寸等影响因素,通过波浪水槽物模试验,运用多元回归方法,给出了扭王字块体斜坡堤越浪量中护面结构影响系数和平均越浪量的计算公式。与试验值和其它计算公式进行了验证对比,结果基本吻合,具有一致性的规律。研究成果丰富了规范内容,对斜坡堤工程设计具有重要参考意义。     

带胸墙斜坡堤越浪量的数值试验研究

采用黏性流体的连续性方程、雷诺时均N-S方程作为基本控制方程,RNG k-ε模型模拟湍流效应,VOF方法捕捉流体自由表面,结合主动吸收式造波理论,借助FLUENT软件建立二维不规则波数值水槽。在验证数值水槽造波性能的基础上,数值模拟带胸墙斜坡堤的越浪,并将数值计算的平均越浪量与已有物模试验值进行对比,两者趋势一致,吻合良好;表明该数值水槽模拟不规则波作用带胸墙斜坡堤越浪的准确性。针对带胸墙斜坡堤,藉此分析了堤顶超高、斜坡坡比、坡肩宽度及坡肩高度对其平均越浪量影响的规律性,研究成果对斜坡堤工程设计具有重要的参考意义。     

斜坡堤波浪爬高和越浪数值模拟

基于FLUENT软件,采用k-ε湍流模型和VOF方法追踪自由表面,由连续性方程和动量方程推导出源函数,根据数值水槽各个区段的功能设置,借助其UDF二次开发功能,实现无反射的源造波,在验证水槽两端消波有效性的基础上,数值模拟规则波在不可渗透斜坡堤上的波浪爬高和越浪。通过与物模试验研究成果相对比,表明建立的数值水槽具有高效性和较高精度,可供实际工程参考应用。     

斜向和多向不规则波在斜坡堤上的平均越浪量的试验研究

通过三维物理模型试验研究了在斜坡堤上斜向和多向不规则波在非破碎条件下的平均越浪量与波浪参数及堤参数的关系.着重考察了波浪以小角度(0°~30°)斜向入射时平均越浪量的变化情况,肯定了多向波的越浪量在这一范围内有所谓“小角度斜向增加”的现象,但否定了单向波也具有这一现象.在考察波浪的方向分布影响时发现波浪斜向入射时多向波的越浪量往往要比单向波的大.比较了已有的相关研究成果,给出了适用于混凝土护面和扭工字块体护面斜坡堤上斜向和多向不规则波的平均越浪量的估算公式.     

带胸墙斜坡堤越波量的试验研究

带胸墙斜坡式防波堤堤顶标高的合理确定，有赖于越波量的正确计算。本文基于水力学中流量系数的概念，建立越波量的计算公式。对影响流量系数的几个主要因素：波高、波陡、胸墙高、平台宽度、相对水深和护面结构等，进行了较系统的试验和讨论，提出了确定流量系数的经验公式。另外，还根据越波量的大小及越波波态，将堤分为：不越水堤、少量越水堤、越水堤及半潜堤四类，可作为合理确定堤顶标高时参考。     

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。     

椭圆形主应力轴旋转路径下饱和密砂动强度特性试验研究

针对海床在波浪荷载作用下的应力状态,利用大连理工大学的"土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪",针对相对密实度为70%的福建标准砂进行了一系列应力控制式轴向一扭转双向耦合的不排水循环剪切试验试。通过分别控制轴向与扭转应力幅值,研究了椭圆形主应力轴旋转应力路径下两个剪切分量对饱和砂土的动强度及其剪切特性的影响。结合所得试验结论,说明了目前广泛用于动强度分析的循环剪应力表达式无法正确反映椭圆形主应力轴旋转应力路径下的动强度,并提出了一个新的动应力表达式用于分析复杂应力路径的动强度特性。     

Experimental Study on the Bed Shear Stress Under Breaking Waves

The object of present study is to investigate the bed shear stress on a slope under regular breaking waves by a novel instrument named Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) flexible hot-film shear stress sensor. The sensors were calibrated before application, and then a wave flume experiment was conducted to study the bed shear stress for the case of regular waves spilling and plunging on a 1:15 smooth PVC slope. The experiment shows that the sensor is feasible for the measurement of the bed shear stress under breaking waves. For regular incident waves, the bed shear stress is mainly periodic in both outside and inside the breaking point. The fluctuations of the bed shear stress increase significantly after waves breaking due to the turbulence and vortexes generated by breaking waves. For plunging breaker, the extreme value of the mean maximum bed shear stress appears after the plunging point, and the more violent the wave breaks, the more dramatic increase of the maximum bed shear stress will occur. For spilling breaker, the increase of the maximum bed shear stress along the slope is gradual compared with the plunging breaker. At last, an empirical equation about the relationship between the maximum bed shear stress and the surf similarity parameter is given, which can be used to estimate the maximum bed shear stress under breaking waves in practice.     

变浅作用下的长周期重力波的实验研究

利用大型水槽设计了在由深水到近岸不同坡度处海浪在变浅作用下诱导产生的长周期重力波的实验。正态随机海浪在深水生成并沿斜坡向浅水传播,记录了不同水深处波面高度随时间的变化过程并进行统计分析和谱分析。实验数据分析结果表明,长周期重力波的能量随着水深的变浅而增高,其谱锋频率位于0.2~0.3fp附近,这里fp是深水正态海浪过程的谱峰频率。长周期重力波的能量与入射波的能量比与波面高度分布的偏度密切相关。进一步分析了两种波动的能量谱峰值比和波面高度分布偏度的相关关系,获得了经验关系,为预测近岸浅水长周期重力波提供了科学依据。     

承船厢吊耳的局部应力分析研究

承船厢是升船机系统中的一个重要结构物,该结构物中的关键结构吊耳是否有足够的强度,应力分布是否合理将直接影响升船机系统工作的可靠性。在对吊耳进行光弹性试验基础上,对吊耳的光弹性模型进行有限元分析,通过结果的分析比较,确定承船厢吊耳的局部结构的计算可靠程度     

An Experi mental Study on Wave-Induced Dynamic Stresses in Seabed

1 .IntroductionEvery year ,Taiwanis subjectedtotwo or three typhoonintrusions in average which always causedisasters . Most of the disasters which occur around the coastal zone are due to seabed instability andcoastal structure destruction caused bytyphoo…     

An Experimental Study on Wave-Induced Dynandc Stresses in Seabed

A series of hydraulic model tests with horizontal movable seabed under regular wave actions have been carried out to investigate the dynamic interactions between water waves and seabed soil. Seabed dynamic stresses from experiments are, tound to differ from theoretical resuhs. The response of p0 in permeable seabed has a small decay and phase shift to the nonlinear wave actions, and the dynamic stresses, σs/p0, σh/p0 and u/p0, contain different phase shift characteristics. Such phenomena will strongly affect the dynamic stress path in seabed. If the phase shifts of σs. and σh are neglected, the stress path will become a straight line; otherwise, it will become an elliptical curve. In phase shift cases, the long axis of the p - q diagram will be shortened when the depth increases, and the short axis will become longer when the phase shift increases. For the p＇ - q＇ diagram, the larger the phase lag of u, the longer the short axis. Relative results offer useful information for the analysis of seabed stability.     

不同结构型式及高程离岸潜堤投射系数实验研究

针对威海九龙湾岸滩治理工程,进行不同结构型式及不同高程离岸潜堤的物理模型试验。根据物理模型试验的结果,得出离岸潜堤透射系数Kt与主要影响因子的相互关系。得出影响潜堤透射系数最主要的因子为相对堤顶水深(a/Hi),在一定水位条件下,相对堤顶长度(B/L)也能影响透射系数。借助MATLAB数学软件平台,将数据进行回归分析,得出不规则波作用下潜堤透射系数的经验公式,为此类工程设计提供参考。     

Temperature and Stress Analysis of An Experimental Model of Prestressed Lightweight Concrete Platform

—This paper presents an experimental study of a prestressed lightweight concrete platform mod-el with a tank and five steel columns.This platform can be used not only for extraction but also for storageof oil and is suitable for the Bohai Sea and other shallow seas of China.The platform is subjected to tem-perature.load.or both.The corresponding temperature distribution.strains.cracks.and vulnerable partsof the platform are analyzed respectively.By use of the finite element method and empirical formulas.thetemperature field of the model is analyzed.The results agree with the experimental results.thereby veri-fying the reliability of these two calculating methods.The paper provides an experimental basis for the de-sign of the bearing capacity and normal service state of prestressed concrete platforms.     

共水平轴双叶轮海流机水动力学性能的实验研究

针对水平轴单叶轮海流机在低流速时启动性能差、获能少的缺点,采用共水平轴同向旋转双叶轮水轮机进行了水动力学性能的水槽试验.由实验结果研究了共水平轴单叶轮和双叶轮水轮机的功率特性和启动特性,分析了不同上、下游叶轮安装角和叶轮轴向间距对叶轮启动水流速度以及发电机获得功率的影响,并对单叶轮和双叶轮水轮机的运行情况进行了比较.结果表明,共水平轴双叶轮水轮机的启动水流速度较单叶轮低很多,而且能从水流中获得更多的能量.因此,共水平轴双叶轮水轮机能改进一般水平轴单叶轮水轮机难以启动和获能少的不足,更适合于我国低海流流速的实际海况.