浮式防波堤研究进展

浮式防波堤与其他传统防波堤相比,可适应水深较大、地基软弱、大潮差和引入水体交换等情况,在港口海岸工程、海洋工程以及海水养殖等诸多领域具有广阔应用前景。对国内外浮式防波堤的主要研究成果和进展进行了综述,从理论推导、经验公式和数值计算3个方面归纳和总结了浮式防波堤波浪透射系数的计算方法。介绍了浮式防波堤结构型式的研究进展,重点分析了浮箱式、浮筒式、浮筏式及其相应改进结构等不同型式浮式防波堤的消浪原理和消浪效果,分析比较了不同结构型式浮式防波堤的优缺点。最后介绍了浮式防波堤在国内外的工程应用,并分析了限制浮式防波堤应用的主要原因,指出了目前浮式防波堤研究方面的不足,以及推广应用浮式防波堤需要进一步研究的内容。     

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...     

内河锚泊浮式码头水动力性能分析

近年来内河水路运输飞速发展,浮式码头以其自身优势多运用于潮差较大的河段,由于浮式结构受风浪等环境因素影响较大,故对其水动力性能的研究至关重要。应用基于三维势流理论的水动力分析软件ANSYS/Workbench/AQWA建立浮式码头数值仿真计算模型,对浮式码头分别进行了频域分析和时域分析,考虑JONSWAP波浪谱与API风谱联合作用下浮式码头的运动响应,研究了不同的码头宽度和吃水深度对其水动力性能的影响。分析研究结果表明,浮式码头固有周期大约为3~8 s,设计时需注意避免固有周期与波浪遭遇周期接近,以免发生共振;浮式码头在高频区域内稳定性较好,但耐波性较差;适当增加浮式码头宽度、减小吃水深度可以减小其运动响应幅值,研究结果可为锚泊浮式码头的设计提供理论参考。     

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。     

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。     

南海浮式码头与系泊系统动力耦合分析

南海部分海域由于海底地形限制,运输船舶无法正常靠泊作业,可采用成本较低的浮式码头供运输船舶停泊使用。该文应用基于开源平台Open FOAM开发的船舶与海洋工程CFD求解器―naoe-FOAM-SJTU,对一座分布式系泊系统的浮式码头在入射波浪作用下的运动响应进行了数值模拟。文中系泊系统的求解采用基于集中质量法的动力分析方法,给出了码头运动和系泊系统所受动力的时历曲线,并且将结果同静力分析进行对比,验证了采用动力分析方法的可靠性和必要性。     

斜向波与长棱柱型浮式结构物相互作用的边界元模拟

采用第二类变形Bessel函数对斜向线性入射波与任意截面形状的长棱柱型浮式海洋结构物的相互作用问题进行了边界元法模拟,给出了常数元和线性元的奇异积分处理方法以及开边界的处理方式。对矩形和圆形结构物的水动力系数和波浪力进行了计算,并与解析解及有限元计算结果进行了比较。结果表明,本文方法能得到满意的结果,且未出现不规则频率现象。     

漂浮式风力机平台在不同水深下的响应特性分析

建立基于Spar平台的5MW漂浮式风力机整机模型,旨在探讨结构的动态响应和所受波浪力以及它们随水深的变化情况。考虑海风、海浪和海流载荷的作用,借助有限元软件对结构进行水动力计算,得到结构的频域特性和位置响应的时间历程,并进一步分析不同水深条件对响应特性的影响。结果表明:水深条件对Spar型漂浮式风力机在外界载荷作用下的动态响应和所受波浪力情况有着显著影响。     

新型透空组合板式防波堤结构型式及消浪特性分析

为提高透空式防波堤的消浪性能并减小结构受力,在前人研究基础上提出了一种新型透空组合板式防波堤,比较分析了该型式的防波堤(模型c)与另外两种型式的防波堤(模型a和模型b)的结构特点。通过物理模型试验,探讨了模型c在不同影响因素下的消浪特性,并对比分析了模型a与模型c的透射系数、反射系数和能量耗散系数在不同相对堤宽下的变化关系,比较了两种模型的消浪效果。分析得出,由于模型c兼具开孔水平板式防波堤和开孔挡板式防波堤的作用,模型c的波浪反射小于模型a,消浪效果优于模型a,且模型c这种结构能有效减小防波堤结构受力;当模型宽度和相对间隙比同时较大时消浪效果更好,防波堤出水后的消浪性能要优于淹没状态下的防波堤。     

系泊参数对漂浮式风力机平台的影响研究

海上漂浮式风力机的研究已成为风电领域的重点与热点,而系泊对漂浮式风力机平台的安全有极其重要的影响,因此本文选取基于Barge平台的NREL 5MW漂浮式风力机作为研究对象,研究系泊参数对漂浮式风力机动态响应及系泊缆张力的影响。结果表明:系泊直径和系泊长度的变化对漂浮式风力机纵摇及系泊缆顶端张力影响较大,对垂荡和纵摇影响较小;当系泊直径为0.3m时,纵荡位移偏移量达到最大,系泊缆顶端张力达到最小;随着系泊长度的增长,纵荡位移不断增大,系泊缆顶端张力不断减小。     

新型透空格栅板式防波堤消浪性能试验

为提高透空式防波堤的消浪效果,提出了一种新型透空格栅板式防波堤结构。通过水槽试验,分析了该防波堤的消波性能,探讨了上下层平板相对间距以及格栅板间隙比等参数对防波堤透射系数和反射系数的影响。结果表明,该结构防波堤消波性能良好,且防波堤出水状态下的消浪效果要好于淹没状态;随着相对板间距的增大,防波堤透射系数变小;上下层各格栅板间隙比为0.1时,防波堤的消波效果最佳。     

漂浮式光伏电站漂浮方阵多点系泊特性研究

位置的稳定性对光伏电站的发电效率和生产安全有着重要影响。漂浮式光伏电站漂浮方阵在风、浪、流的作用下易发生移动和旋转,而采用多点系泊系统可有效限制漂浮式光伏电站的过大偏移。以尺寸为170 m×170 m的漂浮方阵为对象,采用静力分析的方法对该方阵在多点系泊系统中的锚泊线张力及方阵偏移量进行了系列研究,得出了张力及偏移量与水平跨距、系泊密度间的规律。相关成果可为漂浮方阵多点系泊系统的设计提供参考。     

风浪流荷载下基于AQWA的海上Spar型浮式基础稳定性分析

为了解决现阶段可再生能源利用的问题,实现深海风能的有效利用,针对设计出的OC3-Hywind 5MW Spar型浮式平台基础部分在风浪流荷载下的稳定性问题进行研究。利用ANSYS中的水动力模块(AQWA)分别对结构进行频域以及时域耦合运动响应仿真模拟,比较分析了不同工况下浮式结构各个自由度下的运动响应值,以及配重块在系泊不同位置处对结构运动响应值及系泊力的影响情况。结果表明:在不同工况作用下的浮式结构在纵摇自由度方向上的运动响应极值主要受风荷载影响,随着风速增大,响应极值也随之增大,在其他自由度上的响应极值受风、浪荷载影响较小;改变配重块在系泊缆上的悬挂位置对浮式基础在纵摇和首摇自由度方向的运动有着显著影响,并且随着配重块距离锚固点越近,响应值越大,越不利于浮式基础的稳定;未悬挂配重块的系泊力高于悬挂了配重块的系泊力,随着配重块悬挂位置离锚固点越远,系泊力越小,越能保证浮式基础在恶劣海况条件下的稳定性。     

海上漂浮式风力机Spar平台动态特性分析

建立基于Umaine-Hywind Spar平台的漂浮式风力机整机模型,针对平台进行水动力特性分析,主要研究结构的时域动态响应和频域波浪力响应。利用有限元软件ANSYS中水动力计算模块,考虑风、浪、流联合载荷,得到风力机平台的时域和频域特性,通过平台随时间的位置变化幅度分析了平台的动态响应特性;分别研究了各波浪力成分对结构运动的贡献,并探讨了波浪力随频率的变化趋势。结果表明：结构在低频波浪作用下容易出现较大响应,包括幅值响应算子和所受波浪力;在主要波浪力成分中,附加质量力峰值最大;结构在外界载荷作用下平台的偏转运动比水平位移运动更显著。     

水面漂浮式光伏电站浮式基础结构分析研究

因土地资源稀缺,传统地面光伏电站开发受到极大限制,如何有效克服陆地光伏行业发展的瓶颈,成为新能源行业亟待解决的问题,水面漂浮式光伏电站的出现解决了传统光伏发电领域土地短缺的难题。针对水面漂浮式光伏电站中最为重要的浮式基础,利用有限元分析软件对其开展了模态分析和不同波浪载荷条件下的结构分析。根据分析结果,指导了浮式基础在具体应用中的设计和制造,实践效果理想,验证了基础结构分析的可靠性。     

离岸堤在海岩防护中的应用探讨

由于海岸侵蚀问题日益严重,海岸防护已成为海岸工程研究的重要内容.通过对目前常用的几种海岸防护形式的综述,提出离岸堤是一种有效且应用广泛的护岸结构物.根据国内外的研究成果,从水动力过程、泥沙运动机制以及岸滩响应等方面,阐述了出水离岸堤的防护机理,并总结归纳了堤后岸滩响应的预报经验公式和稳定岸线形态模型.最后,回顾了近年来离岸潜堤在海岸防护中的研究概况,对其防护机理进行了初步分析,并在此基础上就离岸潜堤防护的进一步研究提出了建议.     

船行波作用下桥梁浮式施工平台动力响应分析

为研究船行波对浮式平台动力响应的影响,以国内某桥施工中设计的浮式平台为研究对象,使用海洋工程有限元分析软件 USFOS 建立了包含龙门吊在内的浮式平台模型,分析了浮式施工平台对波浪周期的敏感性,并研究了船舶航速以及船行波入射角度对浮式平台动力响应的影响。结果表明: 波浪周期对浮式结构动力响应影响很大,浮式平台自振周期应尽量远离船行波周期,以降低平台动力响应; 船舶航速增高会使波高、周期增大,设计航速应考虑浮式结构在波浪荷载下的动力响应影响; 船行波浪入射角度对该类结构的动力响应影响较大,按照 0°的入射角进行动力响应分析会低估船行波浪荷载影响。此研究成果对浮式施工平台的设计及施工具有一定的指导意义。     

随机波浪作用下大直径薄壁圆筒防波堤的动力分析模型

根据大直径薄壁圆筒防波堤的受力特征,提出了防波堤可能出现的3种运动模态：摇摆运动、摇摆-小滑移运动和摇摆-大滑移运动。引入控制侧向滑移的阻滑板-弹簧-阻尼器,建立了在随机波浪荷载作用下的大直径薄壁圆筒防波堤的动力模型,并建立了相应的运动方程。根据大直径薄壁圆筒结构防波堤系统的特点,提出了其附加土质量和其它参数计算公式。通过实例验证,表明本模型对随机波浪荷载作用下大直径薄壁圆筒防波堤动力响应数值模拟是可行的、有效的。     

三峡永久船闸浮式系船柱导槽安装

三峡工程永久船闸浮式系船柱安装工程量大，质量要求高、施工进度要求快，采用传统的施工方法无法满足工程的要求，为此，施工单位采取了单元厂内组装、构件间加临时内支撑、整体一次安装到位、单元与岩体“M”形连接、随时监控等措施，缩短了工期，保证了质量，节省了投资，收到了很好的效果。     

浮式植物体消浪效果的试验研究

通过大量水槽试验,研究植物消浪装置消浪效率与植物密度、植物带相对宽度、波陡之间的关系,分析植物高度大于波高的前提下影响浮式植物规则波作用下消浪效率的因素。结果表明,浮式植物消浪装置具有良好的消浪效果,在植物带高度大于波高的前提下,植物带密度和相对宽度是影响消浪效果的最重要因素。