新型反弧形面防波堤消浪效果的试验研究

通过在波浪水槽中进行物理模型试验,研究相对半径、波陡、水深以及开孔率对新型反弧形面防波堤消浪效果的影响,以评价这种新型防波堤的消能效果.研究结果表明:反弧形防波堤的反射系数随相对半径的增大而减少,随波陡的变化则较为复杂;而防波堤的透射系数则变化较小并且维持较低数值;在不开孔时,反弧形防波堤在低水位的消浪效果较好,开孔后,在高水位时的消浪效果要好.     

波浪荷载对半圆型潜堤作用的数值分析

基于动量源数值造波原理,运用Fluent软件模拟了半圆型潜堤表面波压的分布及变化规律,采用π定理分析了波陡、水深及波长对半圆型潜堤表面波浪力的影响,并通过统计潜堤表面各点所受压力（最大波压力与最小波压力的差值）最大值的分布,给出了半圆型潜堤表面压力最大值出现的位置及概率.分析结果表明,在水深较深时,波陡的改变会使波压力在堤顶至背浪侧发生明显变化;水深波长比的改变,会引起半圆堤两侧波压力不同的变化;波压力的最大值一般发生在堤顶处及其偏向背浪侧附近;半圆堤面上的动波压力最大值主要出现在两侧堤脚附近,随着波高的增加,堤面上各点的动波压力由近似对称分布向两侧受力不同转变.     

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。     

波浪与透空管防波堤的相互作用

用阻抗分析方法,对由透空管组成的防波堤的波浪反射与传递系数等水动力学特征进行研究。在对透空管线性和非线性消耗波能机理分析基础上,导出一组所有参数都是事先知道的、完全封闭的理论公式。计算结果与试验吻合很好。在此基础上分析了透空管防波堤的波浪反射系数、传递系数和能量耗散系数随相对管长、开孔率、周期和波陡的变化。     

孤立波对淹没平板作用力的经验预报模型

该文通过物理模型实验和理论推导,研究了孤立波对淹没结构的载荷经验预报问题。基于狭道流动假设,推导了孤立波中临界淹没平板的Froude-Krylov力,得到了表征水平波浪力、垂向波浪力和倾覆力矩等水动力载荷系数有关的无量纲复合因子。考虑波高和淹没深度对水动力载荷系数的影响,采用基于六分力天平组测量得到的孤立波经过平板时受到的水动力载荷,分别拟合了用复合因子和简单因子表征的经验公式,结果表明,基于复合因子给出的拟合公式较为简洁。基于无量纲复合因子,进一步考虑平板淹没深度的影响,在实验给定平板厚度和长宽比的条件下,建立了平板所受波浪载荷系数随孤立波相对波高、相对板长和相对淹没深度变化的经验公式。结果表明,在临界淹没状态下,随着相对波高增大,水平波浪力和垂向波浪力的首个极值系数均变大,其第二个极值系数均变小;俯仰力矩系数的前两个极值系数变大,而第三个极值系数变小;随着相对淹没深度增大,水平波浪力和垂向波浪力的极值系数均变小,俯仰力矩的第二个极值系数也变小。     

水平斜插板透空式防波堤消波性能数值模拟

通过改进已有的防波堤模型，建立了一种新型水平斜板透空式防波堤模型。基于VOF方法建立了波浪与水平斜板防波堤相互作用的数值模型。经数值模拟研究了该新型水平斜板防波堤结构对波浪透射系数的影响，主要考虑了斜板角度、波陡、相对板间距、相对板宽和相对出水高度等因素对防波堤消波效果的影响。模拟结果显示:①水平斜插板透空式防波堤比水平板透空式防波堤的消波效果好。在斜插板作用下，随着斜板角度增大，透射系数逐渐增大，但增幅逐渐减小；②随着波陡增大，透射系数先减后增；③随着水平板间距增加，透射系数增大；④随着防波堤相对板宽的增大，透射系数逐渐减小；⑤随着防波堤出水高度增加，透射系数先减后增。结果表明，该新型结构防波堤的消波效果显著，可以很好地消减波浪，应用前景良好。     

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。     

斜坡堤栅栏板护面波浪爬高数值模拟

以海堤工程中常用的栅栏板护面为例,采用源函数造波法研究了栅栏板糙率对波浪爬高的影响。结果表明:在线性规则波作用下,波浪爬高衰减系数随着斜坡堤坡面糙率的增大而减小,当糙率为0.40～0.50时,波浪爬高衰减系数在0.6～0.7之间变化;当糙率大于0.50时,波浪爬高衰减系数随着斜坡堤坡度的变缓有增大的趋势。当波陡较小时,在相同糙率条件下,斜坡堤坡度越缓,爬高衰减系数越小;波陡较大时,随着斜坡堤坡度的变缓,波浪爬高衰减系数先增后减。     

非淹没刚性植被影响下孤立波在岸滩上的爬高

为探究海岸刚性植被对海啸波的削弱效应,通过物理模型试验和数值模拟研究了孤立波与不同坡度岸滩上非淹没刚性植被的相互作用问题。物理模型试验在波浪槽中进行,测试了不同的入射波波高、植被密度和岸滩坡度对孤立波爬高的影响,并运用物理模型试验数据校核改进后的Boussinesq方程,得到植被的拖曳力系数。结果表明:拖曳力系数随植被密度的增大而增大,随坡度增大而减小;植被后的无量纲透射波高和无量纲岸滩爬高随着无量纲的入射波高的增大而减小,随着植被密度的增大而减小;当岸滩坡度增大时,无量纲透射波高增大而无量纲爬高并无显著差异。最后根据回归分析得出了岸滩爬高与相对入射波高、植被密度和岸滩坡度的幂函数型经验关系式。     

风浪作用下库岸孔隙水压力响应试验研究

大多数水库都存在库岸坍塌问题,库区风浪波高明显高于成库前,风浪对库岸边坡稳定具有重要的影响.采用线性波和椭圆余弦波进行波浪水槽试验.结果表明,库岸内孔隙水压力随着波高、周期、水深的增大而增大,孔隙水压力沿库岸水平和垂直方向衰减速率不一致,浅层衰减较快,深层衰减较慢或已趋于稳定;黏土库岸浅层相应位置的孔压比沙土中的大,沿深度方向黏土中的孔压衰减较快,沙土库岸底层中相应位置的孔压比黏土中的大;沙土库岸内,线性波作用下孔隙水压力较大.不同波况作用下,孔隙水压力差值随波高增大而减小,随周期增大而增大,随水深增大其变化很小.     

深水吊耳筏式养殖系统波浪水动力特性研究

该文利用数值模拟和模型试验的方法,研究了深水延绳式筏式吊耳养殖系统在波浪作用下的受力及运动特性,并探讨了波高和波浪周期对筏式系统的水动力特性影响。结果表明,波高主要影响筏式吊耳养殖系统的最大受力幅值,而周期主要影响系统的受力分布特性。筏式吊耳养殖系统的各部分最大受力均随波高的增大而增大。梗绳各节点的竖向运动幅值均随波高和周期的增大而增大;梗绳两端节点受锚绳约束,运动轨迹呈现扁平化特征;中间节点运动轨迹随周期增大而呈扁平化趋势,周期越大,水平运动幅值越小。上浮球系绳的最大受力主要出现在背波面,但可能会随着波浪周期和系统结构的变化而改变。深水延绳式筏式吊耳养殖系统属于典型的柔性多自由度海上结构物,该文研究结果可为深水延绳式吊耳筏式养殖系统结构设计和安全性能评估提供参考。     

波浪条件下养殖浮球水动力系数的试验研究

该文通过试验研究获取了三种常见养殖浮球在固定状态下的水平受力,并基于改造后的Morison方程,探讨了波高参数KH、波浪周期参数KT、雷诺数Re对水动力系数DC、MC取值的影响。研究发现,波浪条件下球形结构物的受力主要是惯性力。水动力系数DC和MC基于实测历时数据,采用整体拟合法获得。研究表明,波浪参数KH、KT以及雷诺数Re对水动力系数的取值有显著影响:拖曳力系数DC与波高参数KH有较为显著的幂函数递减关系,而与波周期参数KT和雷诺数Re的关系较为离散;惯性力系数MC与波高参数KH和波周期参数KT均存在较为明显的递减规律,而随雷诺数Re的变化总体不大。最后该文给出了三种典型的养殖浮球在波浪条件下水动力系数DC和MC的经验计算公式。     

双浮箱-双水平板式浮式防波堤试验研究

该文提出了双浮箱-双水平板式新型浮式防波堤结构,并对其水动力特性进行了规则波物理模型试验研究。探讨了相对宽度、相对波高和锚链刚度等因素对防波堤消浪性能、运动响应和锚链受力的影响,并与双浮箱结构的试验结果进行了比较分析。研究结果表明:在双浮箱下面安装两层水平板能有效提高防波堤的消浪性能,显著减小防波堤的运动响应;双浮箱-双水平板结构的波浪透射系数较双浮箱结构最多可减小0.4左右;当相对宽度B/L?0.30时,透射系数可以控制在0.35以下。因此,新型防波提展现出良好的工程应用前景。     

周期性内波与潜体相互作用的试验研究

对密度分层流体中周期性内波与水下Suboff潜艇模型的相互作用进行了试验研究.采用摇板方法进行了内波造波试验,对内波的波高和周期进行了测量分析,获得了内波波高与周期之间的对应关系;利用三分力天平对潜体模型在内波作用下的受力进行了测量分析,获得了潜体的内波波浪力随潜深以及周期性内波作用的变化规律.试验结果表明:内波波高、周期对潜体所受的波浪力有显著影响:潜体受到的内波波浪力与潜体在内波流场的相对位置密切相关,其水平力、垂直力和垂向力矩在不同的潜深处呈现不同的特点.     

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。     

重力式沉箱防浪墙型式对顶部越浪量的影响

随着我国沿海港口建设的不断发展,防波堤的越浪量及其产生的堤后次生波高成为影响港内泊稳条件的重要因素。本文针对福建省某一级渔港防波堤工程,采用1:36正态物理模型,进行了波浪断面物理模型试验。试验模拟了各种潮位、不规则波条件下重力式沉箱防波堤与波浪的相互作用,测量了不同重力式沉箱防浪墙型式在各级水位及相应100年一遇和50年一遇波浪作用下的堤顶越浪量和堤后次生波高,对原设计方案进行了优化,供今后的工程设计借鉴。     

含植物四脚空心块斜坡消浪性能试验研究

该文通过几何缩尺比水槽试验,对比波浪在光滑斜面、四脚空心块斜面和含植物四脚空心块斜面三种斜面上的爬高,研究了不同斜坡的消浪性能,测试了不同波浪周期和波高条件下波浪在斜坡面上的爬升水动力特性和最大爬高变化规律。试验结果表明：在四脚空心块中种植植物可减小波浪对护面块体的直接冲击,降低波浪爬高,对四脚空心块斜坡面的消波性能起到了一定提升作用;在不同斜坡上,无论在规则波还是不规则波条件下,最大波浪爬高与波高均表现出较好的线性关系;在光滑斜面和四脚空心块斜面上,试验所得平均糙渗系数与设计规范中建议的系数基本吻合;根据波浪爬高随波高的变化发现,光滑斜面的变化趋势最陡,块体斜面次之,植物块体斜面最平缓,反映了三种斜坡面糙渗系数的差异;固定浪高情况下,在试验考虑的周期范围内,波浪爬高在三种斜坡面上均随周期的增大而增大,但其增幅并不明显。     

改进的相位调制法模拟畸形波:Ⅱ-畸形波特征参数和模拟效率的影响因素探讨

在改进的相位调制法模拟畸形波的理论基础上,探讨了调制方向、调制波浪的数目、组成波数、谱的宽度以及谱峰周期等模拟参数对聚焦处畸形波特征参数和模拟效率的影响。结果发现,调制方向、调制波浪的数目、组成波数和谱的宽度是影响畸形波的特征参数和模拟效率的主要因素,谱峰周期(在模拟范围8s-16s内)的影响可以不计。高频向低频调制优于低频向高频调制。高频波浪对畸形波的形成具有极其重要的作用。在高频向低频调制方式下,组成波数一定时,畸形波波高、波峰高、畸形波波高与有效波高的比以及畸形波波峰高与畸形波波高的比随调制波数的增加而增大;波浪全部调制时,畸形波波高、波峰高和畸形波波高与有效波高的比随组成波数的增加而增大。畸形波波高、波峰高、畸形波波高与有效波高的比、畸形波波峰高与其前一波高和后一波高的比以及畸形波波峰高与畸形波波高的比均随谱宽度的增加而增大。在本文所采用的组成波数范围内(50-100),畸形波的模拟效率随调制波数和谱宽度的增加而提高。通过模拟试验推荐给出了改进的相位调制法模拟畸形波时截断频率、组成波数和调制波数的取值范围。     

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。     

非淹没双直立圆柱系统波浪爬升的数值模拟

波浪爬升是近海构筑物和海洋平台结构设计中的重要参数。全面掌握波浪的爬升特性有利于结构的安全保证和优化。采用有限元方法建立了求解Berkhoff缓坡方程的数值模型，并计算了非淹没单个直立圆柱周围的波高分布，计算结果与解析解吻合很好。以非淹没双直立圆柱为研究对象，探讨了圆柱间距对波浪爬升的影响。结果表明:上游圆柱周围的波高分布曲线波动较大，但最大相对波高和最小相对波高的发生位置基本与单个圆柱的情况相同；当圆柱间距为1/4波长的奇数倍时，最小相对波高明显减小，圆柱肩部出现第二峰值；而当圆柱间距为1/4波长的偶数倍时，最小相对波高则明显增加，圆柱肩部出现第二谷值。下游圆柱周围的波高分布曲线与单个圆柱的情况相似，但波高相对较小。