椭圆余弦波对V形防波堤绕射波浪力的解析计算

应用椭圆余弦波理论,给出了V形薄壁防波堤的浅水波绕射理论解,对现有Airy微幅波理论进行了有效拓展。通过对V形防波堤的浅水波浪力进行试算,揭示了椭圆余弦波对防波堤的作用规律。计算结果表明:椭圆余弦波理论计算的V形防波堤的最大无量纲波浪力明显大于相同浅水条件下Airy微幅波理论的对应结果,该方法有效拓展了无限长直立薄壁堤的反射波理论。此外,浅水波入射角、V形堤张角和防波堤臂长与水深比等参数的变化均将对V形堤的波浪作用产生相关影响,而V形堤的实际绕射波浪力幅值将随浅水波特征参数值的增大而增大。     

浅水波与圆弧型贯底式防波堤的相互作用

该文基于椭圆余弦波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了浅水波对圆弧型贯底式多孔介质防波堤绕射的波势解,并据此解析计算了作用于防波堤的水平波浪载荷与浅水波波面分布。计算结果表明:浅水波入射角与非线性影响参数、海况条件以及防波堤几何条件等因素的相对变化对波浪作用均存在一定的影响,结构透空可以明显减弱防波堤所受波浪作用。与微幅波理论对比可知:在一定浅水条件下采用椭圆余弦波一阶分量模型所计算的最大无量纲波浪力、力矩和波面分布值均明显高于微幅波理论的对应估值,反映了水波非线性因素的影响效应。     

考虑绕射效应的沿堤波浪力波动分析

回顾了波浪绕射的理论基础,提出了等水深单突堤的总波浪力相位差修正公式,结合绕射效应解析解和波压计算方法,探讨了波高和波浪力的沿堤波动.分析结果表明,波高沿堤波动导致波浪力沿堤也呈正弦形式的周期性衰减,这正是蛇行破坏现象的内在原因.当不考虑堤后绕射波影响时,堤头附近水平波浪力最大峰值约为立波时的1.2倍,当考虑堤后绕射波影响时,最大峰值可达1.4倍以上.这表明立波系统只是一种总体平均情况,考虑到波浪力的沿堤波动,工程中应加强局部重点堤段的防护.     

非线性波浪绕射问题的数值计算

本文给出非线性波浪绕射问题的计算模型,并用时间步进和边界元法求解。该模型能适用于严重非线性情形,且能满足初始条件和辐射条件。作为对该模型的检验,我们对孤立波绕过穿刺水面的直立圆柱的算例进行了计算,并同Isaacson的解析解、李宝元的差分解进行了比较,结果吻合很好。此外我们还用数值方法同时模拟造波机造波和求该波与直立圆柱的相互作用。结果表明,数值波浪水池能够以尽可能短的暂态过程,模拟波浪与物体的相互作用,提供良好的初始条件。数值波浪水池还能用于任意水深、任意水底形状下的相互作用问题。本文的计算模型和算法具有机时省,计算稳定的优点。     

用时域法求解二维二阶非线性水波的绕射问题

本文用二阶理论在时期围内研究非线性水波的绕射问题。一、二阶问题分别满足各自的自由表面条件和物面条件。用一阶Ａｄａｍｓ格式并配合时步处理来计算自由表面上的波高和速度势，而流场内的速度势通过求解有限元方法得到。采用人工阻尼区来吸收反射波，对水平半圆柱在水面的绕射问题进行了计算，得到了自由表面波高时间历程和圆柱所受到的波浪力，计算结果和有关文献进行了比较，其符合程度是令人满意的。     

变水深下孤立波对直立大圆柱的绕射

本文以平均速度势表示的Boussinesq方程为控制方程,采用文献[1]中所提出的谱方法,研究孤立波在变水深下对直立大圆柱的绕射。通过数值方法求得圆柱所受到的波浪力系数,讨论水深变化对圆柱波浪力系数的影响。     

波流联合作用下的物体上的波浪绕射力

本文研究了在波流联合作用下的任意三维物体的波浪绕射问题,建立了求解物体上的波浪绕射力的时域解理论模型。本文证明了对于任意三维物体,如果在自由面条件简化时,假设定常兴波势为有限量阶,则在波浪绕射力公式中,不存在含有绕射势的水线积分项。从数学上证明了水线积分项反映了自由面条件中定常兴波势和不定常势之间的耦合效应。在此基础上,本文提出了在波流联合作用情况下,作用在物体上的绕射力与辅助辐射势之间的关系式,从而不须求解绕射势便可得到绕射力。     

大型海洋结构物的非线性绕射效应

本文在空间上应用面源法,在时间域上应用步进法,数值处理了三维物体与非线性波浪的相互干扰,研究了结构物的非线性绕射效应。首先,作为比较,求解了正弦波列和孤立波绕射垂直桩柱的情形。接着,进一步求解了大振幅波浪绕射固定在自由面上的大型浮动码头的工程实例。结果表明,非线性波浪绕射力与线性结果,有一定的差别。有时,尽管从总体效应来看,这种差别不十分明显,但从上浪、出水和波的爬高以及局部应力等局部效应来看,这种差别可能很明显。     

椭圆余弦波对透空直立防波堤波浪力解析计算

根据椭圆余弦波理论与水波绕射理论,应用特征函数展开法,推导了浅水区水波对透空防波堤的波浪作用,并取得了满足椭圆余弦波一阶分量边值问题提法的反射和透射波势的数学解。由此得出作用于直立透空防波堤的水平波浪力和力矩算式,并与浅水条件下的Airy波理论加以比较,说明浅水条件下椭圆余弦波理论更能反映非线性因素变化对波浪力及力矩的影响。     

V形挡板式透空堤后的波高分布数值分析

该文基于有限体积法开源软件OpenFOAM,求解不可压缩流体的连续方程和Navier-Stokes方程,建立了V形挡板式透空堤的波浪透射、绕射和越浪的三维数值波浪水池模型。控制体采用三维长方体,结构物周围进行了网格加密。在将数值计算结果与实验结果比较后验证了数学模型的准确性基础上,对60°夹角V形挡板式透空堤后的波高分布进行数值模拟,分别计算了竖板顶部高出静水面时仅有透浪和竖板顶部位于静水面时透浪加越浪情形下,相对水深d/L对V形挡板式透空堤后波高分布的影响。计算结果表明:仅有透浪情形,相对水深对V形挡板式透空堤后的比波高分布有较大的影响,V形挡板式透空堤对较短周期的波浪有较好的掩护效果。对比竖板相对入水深度t/d相同时仅有透浪和透浪加越浪情形,可见竖板顶部的越浪量主要影响堤后竖板附近区域的波高分布。     

WAVE DIFFRACTION ON ARC-SHAPED BOTTOM-MOUNTED BREAKWATERS

1. INTRODUCTION Various types of breakwaters are common coastal structures to shelter harbors and s mall crafts fromthe direct attack of waves . Of these , the arc-shaped bottom-mounted breakwater is com- mon. This type of breakwaters , whose horizontal section is an arc shape ,is usually situated on the seabed and extended to above the water surface . Many researchers have performed a variety of studies on the wave diffraction performance of many kinds of breakwaters . Penney and Price …     

ANALYTICAL RESEARCH ON THE WAVE DIFFRACTION OF ARC-SHAPED FLOATING BREAKWATERS

1. INTRODUCTIONBreakwaters are generally constructed for thedissipation and reflection of incident wave energyin order to decrease the wave height to protect thecoast against the erosion and to decrease the forceacting on the coastal structures . Compared…     

柔性浮式防波堤消浪特性研究

针对圆柱形柔性浮式防波堤的消浪效果展开断面试验研究,分析其在规则波和不规则波作用下的消浪特性。通过大量水槽试验给出了圆柱形柔性浮式防波堤透射系数、反射系数、衰减系数与锚固方式、试验水深、相对宽度的变化关系。研究结果表明:该结构形式的浮式防波堤对短周期波浪消浪效果明显,而对长周期波浪消浪效果不佳;锚固方式和水深对消浪效果的影响较小;相对宽度是影响消浪效果的主要因素。研究成果可为由该结构连接成的"V"形浮式防波堤的锚固方式和摆放角度的设计提供参考。     

部分可渗透直立圆柱的消波作用研究

本文导出了线性波浪作用于上部可渗透的直立刚性圆柱体上的水动力的解析解。在线性有势流的假定下，用特征函数展开方法求出了内部和外部流场的解。给出了不同波浪要素及结构尺寸参数下的数值结果。由结果可知，提高可渗透性可以有效消减波幅。     

ANALYTICAL SOLUTION OF WAVE-INDUCED SEEPAGE PRESSURE ACTING ON THE BASE OF BREAKWATER

The wave loads acting on a breakwater resting on seabed include not only the waveforce from the wave field around the structure but also the wave-induced seepage pressure actingon the base of breakwater.The latter is also a circumstance load which can not be neglected inengineering design.This paper presents a closed-form analytical solution of wave-induced seep-age pressure acting on the base of breakwater resting on an infinite-depth porous elastic seabed.Based on the Biot's consolidation theory,the soil deformation and the compressibility of pore wa-ter are considered.The water wave pressure on sea bottom is determined by the linear waterwave theory.The numerical results of uplifting force and moment caused by the wave-inducedseepage pressure are given and the influences of soil deformation and pore water compressibilityon the calculation results are discussed.     

V形贯底式防波堤上波浪作用力的解析研究

用解析方法计算V形贯底式防波堤在波浪绕射作用下周围流域任意点的速度势,研究波浪作用在V形贯底式防波堤上的波浪力。假定防波堤刚性、薄壁、不透浪、水深恒定。假想的圆柱面将整个流场划分为三个区域,分别在每个区域内将速度势用特征函数展开,然后在公共边界上按照速度连续,速度势连续的原则进行匹配,求得流域中任意一点的速度势和作用在V形贯底式防波堤上的总波力和总波力矩。数值结果给出了作用在防波堤上的波浪力随防波堤张角、入射波波长、入射角变化的曲线。结果表明:作用在V形贯底式防波堤上的波浪力与水深、防波堤的张角、入射波的波长等因素有关。     

NUMERICAL SIMULATIONS OF NONLINEAR WAVE TRANSFORMATION AROUND WAVE-PERMEABLE STRUCTURE

1.INTRODUCTION Thedevelopmentofbreakwaterdesignmeth odologyoftenrequireaconditionofpermittingfor protectionofecosystem,itisalsoanalternativeto massivegravitybreakwatersinreductionofwave transmissioninshallowwater.Thetheoreticalso lutionsofwavepermeablebreakwatersdiversified indifferentexpressionsoftheenergydamping term,duetolaminarandturbulentflowintheper meablestructures.Theporositysolution[1]isbased onatrialmethod,andanumberofauthorssolve theproblembydifferentnumericalapproach[27].Inpre…     

OBLIQUE WATER WAVES IMPACTING ON A THIN POROUS WALL WITH A PARTIAL-SLIPPING BOUNDARY CONDITION

When an incoming water wave is parallel to a porous breakwater,a paradoxical phenomenon exists in that by strictly following the potential flow boundary condition of normal flux continuity on the interfaces,the water wave permeates the wall completely,regardless of breakwater porosity.To account for this paradoxical phenomenon when solving the problem of water waves obliquely impacting on a thin porous wall,a new partial-slipping boundary condition on the thin porous wall for potential flow is proposed.Analytical results show that when the water wave is parallel to a thin porous wall(i.e.,the incident angle equals to 90o) ,the transmitted wave side remains quiescent,i.e.,the transmitted wave side does not capture any wave energy when no viscous effect exists.This reveals that the above-mentioned paradoxical phenomenon disappears.The viscous boundary layer effect is also investigated in this study,which provides proper boundary conditions on a thin porous wall for viscous flows and detailed flow information.