气幕防波堤消波性能数值模拟研究

该文将气液两相流看成是变密度单流体,以连续方程、雷诺平均方程和模型为控制方程,采用VOF方法追踪两相流界面,建立了气幕防波堤数值模型.基于Fluent软件平台,通过UDF在连续方程中添加附加质量源项实现了对气幕的数值模拟.数值计算得到的波浪透射系数同试验数据吻合较好.在此基础上讨论了入射波浪的周期和供气量等对气幕防波堤消波性能的影响.     

波浪形态及方向分布对港域波浪传播的影响

航道开挖会对波浪的传播产生显著影响,使港内波浪及泊稳条件发生变化。依托物理模型试验结果,验证了MIKE21中BW数值模型的合理性,证实二者结果吻合良好,随后利用该模型对比分析了在规则波、单向不规则波以及多向不规则波作用下,港域波浪扰动系数的分布规律及区别。结果表明：小角度入射波浪下,单向不规则波与规则波在航道迎浪面边坡发生的波能聚集现象明显强于多向不规则波;多向不规则波的方向分布对波浪在航道中的传播产生影响,波浪方向分布范围越窄,航道的折射效应及能量汇聚过程也越明显,航道边坡上的扰动系数也越大。因此在实际工程的航道设计中,应该考虑到不同形态波浪及多向波方向分布在航道传播过程中的差异,尤其在某些涌浪作用较强、波浪能量分布较为集中的港域,以单向不规则波甚至是规则波作为入射波浪将更加合理安全。     

浅水区孤立墩上的非线性波浪力

本文基于一阶近似椭圆余弦波理论研究了浅水区非线性波浪对圆柱墩的绕射作用,推得了计算绕射后圆柱墩周围的水面方程,从而得到墩柱面上波面的壅高值。文中也推导了作用于圆柱墩上的波浪力计算公式,并对工程中常遇到的波浪范围进行了计算,得到了非线性波浪力与线性波浪力的比值,并制成图供设计参考。     

风对二维极值波作用的数值研究

实际海域中风浪往往共存,当极值波浪出现时,风会对其特性产生很大影响。为了研究风对极值波浪特性的影响规律,该文基于势流理论建立自由水面满足完全非线性边界条件的风浪混合作用数值水槽模型,通过实时模拟造波板运动产生入射波,并基于波群聚焦原理定点产生极值波浪,利用改进的杰弗里斯遮蔽原理(Jeffreys'sheltering mechanism)将风压引入到自由水面动力边界条件中。在时域模拟中,采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪瞬时水面,利用格林第二定理建立了边界积分方程,采用高阶边界元方法进行离散求解。通过与已发表实验结果对比验证模型的准确性,进而开展数值实验研究风对极值波浪水动力特性的影响,包括聚焦幅值、聚焦位置和极值波高随风速的变化以及波群聚焦和解焦过程波浪演变特性等。     

造波板运动造波的实时模拟

基于势流理论和时域高阶边界元方法,建立了完全非线性数值波浪水槽模型,通过实时模拟造波板运动来产生波浪.采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面,运用四阶Runga-Kutta方法更新下一时间步的波面和速度势,同时应用镜像格林函数消除了水槽两个侧面和底面上的积分,在水槽末端布置人工阻尼层消除反射波浪,通过加速势的方法准确计算速度势的时间导数.利用所建模型分别对规则波和不规则波进行了模拟研究,得到了稳定的波形,与试验结果、理论结果和已发表结果均吻合良好,同时计算了造波板做单一频率运动产生的非线性波浪力.     

单沟槽沙坝海岸的裂流实验研究

该文实验研究了单沟槽沙坝海岸上产生的波生裂流流场,重点关注了不同波浪条件下流场水平形态以及最大裂流流速的变化.实验在波浪水槽中进行,采用规则波作为入射波浪,应用高精度浪高仪阵列和流速仪阵列,在全场范围内较密集地采集波面升高和流速数据,通过分析实验数据,获得全场波高、平均水面以及流速分布,对裂流及两个存在的补偿流进行了描述,分别比较和分析了不同波高对于裂流强度及整个流场形态的影响,并对最大离岸流速与波高间的关系进行了分析.     

斜坡堤护面稳定性的试验研究

为了验证某港口防波堤护面的稳定性,在港池内对堤头和附近堤身建立物理模型,通过波高采集装置得到工程区域的特征波高分布,用目测观察法计算不同区域斜坡堤护面块体的失稳个数并描述越浪情况。结果表明:四角锥体护面块体在斜向波入射时,其稳定性较波浪垂直入射要好,堤身满足稳定性要求,该物理模型较好的反应了波浪对结构物影响的实际情况。根据试验结果在原设计方案的基础上进行优化,通过试验验证得到优化方案符合工程要求,优化方案可行。     

新疆某水库坝基砂层透镜体物理力学性质试验研究

新疆某平原水库坝基分布的砂层透镜体,其物理力学参数是否满足坝基土层的设计要求,对工程建设方案设计和施工处理措施具有重要的影响。通过室内物理力学性质试验和原位标准贯入试验,研究了该坝基的砂层透镜体的物理力学性质。研究发现,该砂层透镜体为粉砂,颗粒级配良好,结构密实,属于低压缩性土;抗剪强度和地基承载力满足设计要求,但渗透系数偏大,为中等透水性砂土,远大于设计渗透系数的要求;该层为水库渗漏的主要通道,水库的防渗墙必须截断该透镜体,确保坝基和坝体的防渗符合设计要求,才能有效地解决水库的防渗问题。研究成果为坝基稳定性设计提供充分和确切的试验数据和工程参考依据。更多还原     

局部开孔防波堤对斜向波反射的理论分析和试验研究

本文通过理论分析和试验研究相结合的方法，探讨了斜向规则波与局部开孔防波堤的相互作用。流体运动的计算域被分成两个子域，一个区位于开孔沉箱结构物外侧，另一个区位于结构物内。在每个子区域内，应用分离变量法和特征函数展开法以求得相应的速度势，在速度势的特征展开中考虑了非传播模态波。理论计算与试验结果对比表明，二者符合较好。基于对不同因素影响的分析，给出了斜向规则波在局部开孔结构前反射率的简化计算公式，在工程设计中可用于预估类似条件下结构物前的波浪反射率。     

基于变步长差分迭代方法的河道水面线计算

在计算天然河道水面线时，由于河道的不规则性，导致计算断面间距往往是不相等的。为此，依据水力学能量方程，建立了变步长差分迭代的水面曲线模型。该数学模型简单易行，适应性强，便于程序化实现。通过对河南省南部某河道治理工程水面线的推求验证，证明该方法可有效解决非等间距断面的水面线推求问题，且计算效率和精度较高，可为计算类似工程问题提供参考。     

无反射造波数值波浪水槽

本文应用ＶＯＦ方法建立了二维数值波浪水槽模型。基于线性造波机理论在水槽左端设置了可吸收式造波机数值边界条件。即造波板的运动除了产生行进波外，同时还产生一个抵消反射波的局部波动。水槽右端除了通常的可滑移与无滑移直墙边界条件外，依据线性辐射条件建立了开边界条件。通过水槽右端为直墙时的全反射情形，比较了可吸收造波机与普通造波机的速度变化与波面变化。文中在Ｈ０／ｄ＝０．１￣０．３，ｄ／Ｌ＝０．１２４￣０．     

Homotopy-based analytical approximation to nonlinear short-crested waves in a fluid of finite depth

A nonlinear short-crested wave system, consisting of two progressive waves propagating at an oblique angle to each other in a fluid of finite depth, is investigated by means of an analytical approach named the homotopy analysis method(HAM). Highly convergent series solutions are explicitly derived for the velocity potential and the surface wave elevation. We find that, at every value of water depth, there is little difference between the kinetic energy and the potential energy for nonlinear waves. The nonlinear short-crested waves with a larger angle of incidence always contain the more potential wave energy. With the aid of the HAM, we obtain the dispersion relation for nonlinear short-crested waves. Furthermore, it is shown that the wave elevation tends to be smoothened at the crest and be sharpened at the trough as the water depth increases, and the wave pressure crests and troughs become steeper with increasing incident wave steepness.     

有限深两层流体中水波与水平圆柱潜体的相互作用

研究了有限深两层流体中表面波模态和内波模态的水波与水平圆柱潜体的相互作用问题。在线性势流理论框架内,建立了两种模态入射波作用下,水平圆柱体绕射势的多极展开求解理论。基于所建立的求解模型,对作用在圆柱体上的波浪力进行了数值计算分析,并且与均匀流中情况进行了比较。结果表明了,在入射波的某个频率范围内,流体的分层效应对圆柱体波浪力的影响是不可忽略的。同时,对流域内的绕射速度矢量场进行了数值分析。     

REFLECTION OF OBLIQUE INCIDENT WAVES BY PERFORATED CAISSONS WITH TRAVERSE WALL

The interaction of oblique incident waves with infinite number of perforated caissons is investigated. The fluid domain is divided into infinite sub-domains by the caissons, and eigen-function expansion is applied to expand velocity potentials in each domain. A phase relation is introduced for wave oscillation in each caisson, and the structure geometry is considered in constructing the models of reflection waves. The reflected waves with the present analysis include all of the waves traveling in different directions when incident wave period is short. Numerical examinations show that velocities at the inner and outer sides of the front walls of caissons are close to each other, and reflection coefficients satisfy the energy conservation relation very well when porous effect parameter is infinite. Numerical results show that the reflection coefficients of oblique incident waves are smaller for shorter caissons at low frequency, and decrease with the increase of wave incident angle.     

THE STATISTIC CHARACTERISTICS OF IRREGULAR BREAKING WAVE FORCES ON VERTICAL WALLS

ＴＨＥＳＴＡＴＩＳＴＩＣＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＴＩＣＳＯＦＩＲＲＥＧＵＬＡＲＢＲＥＡＫＩＮＧＷＡＶＥＦＯＲＣＥＳＯＮＶＥＲＴＩＣＡＬＷＡＬＬＳ￥ＬｉＹｕ－ｃｈｅｎｇ；ＬｉｕＤａ－ｚｈｏｎｇ（Ｄｅｐｔ．ｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ...     

确定性地震动空间差异对重力坝地震响应影响研究

针对高坝-地基体系地震响应分析对空间差异地震动场的需求,在波动输入模型基础上引入地震波组合效应提出确定非一致地震动场模型。该模型从地震动场形成的物理机制出发,以模拟确定性地震动空间差异为目标构建非一致地震动场。随后以确定非一致地震动场和波动输入对应地震动场为基础,采用重力坝算例研究确定性地震动空间差异对结构地震响应的影响。结果显示,相对于波动输入模型,确定非一致地震动场模型可在内蕴多点多维地震动相关性基础上模拟地震动的时间滞后、复杂幅值变化、时程形状差异等宏观空间差异特征。与波动输入地震动场相比,确定非一致地震动场引起重力坝坝踵主拉应力峰值增加的算例占比66.4%,引起下游折坡主拉应力峰值增加的算例占比76.7%。在主拉应力峰值平均值方面,确定非一致地震动场引起坝踵和下游折坡处的最大增幅分别为25.3%和46.4%。考虑工程安全,高坝-地基体系的非一致地震响应分析须全面考虑确定性地震动空间差异的影响。     

Numerical simulation and comparison of potential flow and viscous fluid models in near trapping of narrow gaps

Numerical simulation results of fluid oscillation in narrow gaps subjected to incident water waves are presented in this paper. Both viscous fluid model and potential flow model with artificial viscous damping are employed to investigate wave motions in a single narrow gap separated by twin bodies and double narrow gaps formed by three identical bodies. Variation of wave heights in the narrow gaps with incident wave frequency is compared with experimental data available in literatures. The numerical results demonstrate that both the viscous fluid model and the potential flow model are able to predict the resonant frequency reasonably well. However the conventional potential flow model (without introducing the artificial viscous damping) significantly over-predicts the wave height in narrow gaps around the resonant frequency. The potential flow model with artificial damping predicts resonant wave heights well with a properly tuned (or calibrated) damping coefficient. The horizontal wave force on the individual body is also examined in this work. It is found that a properly calibrated damping coefficient is also very important for estimating the horizontal wave forces on the structures. A damping coefficient of 0.4 in the potential flow model is found to result in satisfactory predictions of wave heights in the narrow gaps and the horizontal hydrodynamic force for the cases considered in this work.

     

基于OpenFOAM的挡板透空式防波堤水动力特性数值分析

基于有限体积法理论,应用开源计算流体力学软件OpenFOAM求解黏性不可压缩流体的连续性方程和动量方程,建立了二维数值波浪水槽,并通过规则波作用下挡板式透空结构的物理模型试验数据(波面、压力和流速)对数值波浪水槽进行了验证;计算并比较分析了不同入射波浪条件下挡板相对入水深度对透射系数和挡板底部流速的影响。结果表明,当挡板相对入水深度大于0.8时,透射系数可降低至0.5以下;随着挡板相对入水深度的增加,底部水体往复流动的速度也明显增大,这需要引起工程技术人员的额外关注。     

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 …     

海啸波作用下植被区海堤局部冲刷试验

近年来频发的海啸造成了沿岸建筑物周围剧烈的冲刷,而植物具有很好的减小海啸灾害的作用。采用PVC圆管概化模拟刚性植物,选取孤立波模拟海啸波,通过改变入射波高、植物带长度和密度、堤顶出水高度,研究植物对海啸波作用下海堤局部冲刷的影响,建立了海堤堤前冲刷坑、淤积沙坝、冲淤平衡点相对水平位置的尺度与植物带的长度和密度、波高、堤顶出水高度、泥沙比重以及岸滩坡度之间的关系式。试验结果表明:植物对海堤局部冲淤变化产生显著影响,植物带使得堤后近岸侧相对最大冲刷深度显著减小,堤前离岸侧冲刷位置由原堤脚处前移至植物带所在位置,冲刷范围大幅增加;堤前冲淤面积受入射波高和植物因素的共同影响,在同一植物模型下,冲刷坑面积和淤积沙坝面积都随入射波高的增大而增加;适当增大植物带密度,优化植物分布方式,可有效减弱海啸波对海堤的冲刷危害。