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。     

波浪对圆柱外接圆弧型防波堤绕射的解析计算

在微幅波绕射理论的基础上,使用特征函数展开法,推导了圆柱外接圆弧型防波堤复合结构的水波绕射的解析解,并据此计算了该结构所受到的波浪载荷以及绕射波面分布。计算结果表明:与单一圆柱相比,外接圆弧型防波堤的存在可明显降低作用于圆柱的波浪载荷和圆柱表面的波浪爬高;采用外接堤表面密实或透空而内圆柱表面透空的结构形式可以取得圆柱防浪的较佳效果;结构透空系数、波浪入射角度、外接堤张角、外堤半径与水深比、水深与波长比等因素的变化对绕射波浪作用均存在一定影响。     

T型透空式防波堤消波性能的理论分析

基于线性波浪理论,对T型透空式防波堤的消波性能进行了理论分析。在考虑水平板和竖直板厚度的条件下,通过特征函数展开法,给出流域内速度势的一般表达式,由速度势和速度的连续条件确定表达式中的待定系数,从而得到T型透空式防波堤对波浪的反射系数和透射系数随波数的变化关系,并对影响T型透空式防波堤消波性能的因素如水平板的潜深和竖直板高度等进行了计算和分析。计算结果与现有相关理论结果吻合良好;水平板的潜深和竖直板的高度对淹没和出水T型透空式防波堤的消波性能有较大影响。     

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。     

多层水平板衰减波浪的影响因素分析

基于线性波浪理论,进行多层水平板对波浪的反射和透射作用研究。通过分解速度势为对称势和反对称势,结合特征函数展开法,在考虑水平板厚度的条件下由匹配条件确定速度势展开式中的待定系数,进而得到结构对波浪的反射系数和透射系数。所得结果与现有相关的理论解、数值解以及试验结果吻合较好。对相对水深、相对宽度、相对厚度以及水平板层数等对结构衰减波浪的影响进行了深入探讨和分析,给出了反射系数和透射系数随上述参数的变化规律。     

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。     

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。     

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。     

防波堤前波浪引起的水流

用线性抛物型近似的缓坡方程 ,计算了波浪入射角分别为 10°、2 0°和 3 0°时 ,平底和斜坡地形上直立式防波堤前的波浪场 .并以此波浪场为输入条件 ,分别计算了由欧拉流和 Stokes流组成的质量输移流以及辐射应力流 .计算表明 ,防波堤前的波浪场、水深、地形和波浪入射角对波浪引起水流的影响 ,应引起工程界的充分关注     

求解零航速物体水动力的简单Green函数方法

频率域中求解零航速物体水动力的简单Green函数方法的基本原理是将流场分成内场和外场,外场中的速度势通过特征函数展开写成解析表达式,内场周界上的速度势则利用边界积分方程求解,但选用的Green函数是简单的,即无界域中点源的速度势。这意味着在内场的整个周界都要布置奇点。内外场速度势在它们的交界面上用代入法连接。简单Green函数方法已成功地应用于二维、三维物体的一阶和二阶辐射、绕射问题,结果表明该方法具有很多方面的优越性。     

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。     

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。     

波浪作用下半圆型防波堤及其地基动力响应的数值模拟

防波堤和地基在波浪作用下的动力响应分析需要考虑波浪-海床地基-防波堤的相互作用。该文在通用数值分析软件ABAQUS的动力显式分析框架中,利用其自带的光滑粒子流体动力学(SPH)方法模拟波浪与海床地基和结构的相互作用,通过二次开发,引入了求解饱和土动力固结方程的位移-孔压耦合单元,模拟海床地基中超静孔隙水压力生成、扩散和消散过程,使得ABAQUS可以进行波浪-地基-结构的动力相互作用求解。并以长江口深水航道治理二期工程为例,建立了半圆型防波堤及其地基在波浪作用下动力响应的数值分析模型。首先,通过对室内模型试验的模拟对比,验证了数值模型的可靠性;然后,通过不同工况下的数值模拟计算,分析半圆型防波堤及地基动力响应的特点和规律。数值分析表明：防波堤受到的最大水平力和垂直力不会同时出现,存在一定的相位差;防波堤受到的波压力随水深的升高而减小,随波高的增大而增大;地基土体的超静孔压随着波高的增大而增大,随水深的升高而减小;防波堤的沉降随波高的增加而增大,随水深的升高而减小。     

直立式防波堤基底波浪渗流压力解析解

直立式防波堤的波浪荷载除了来自波浪场中的作用力外,还有海床渗流引起的波浪渗流力的作用,后者也是不容忽视的环境因素之一。本文对无限厚度可渗可压缩海床情况,给出了直立式防波堤下海床中波浪渗流压力的封闭形式的解析解,进而可以给出作用在防波堤基底上的浮托力和倾覆力矩。分析中考虑了土介质变形和孔隙水压缩性,渗流压力的控制方程为P=C_8P/t。海底面上的波浪压力采用了线性波浪理论的结果。     

新型浮式防波堤消浪效果试验研究

通过一系列物理模型试验,研究一种新型(凹菱形)浮式防波堤的透浪系数,并与现有的浮箱式、废旧轮胎式、浮筏式等浮式防波堤进行对比。这种新型浮式防波堤的一个显著特点是在底部增加了阻尼,增加了波浪的能量消耗,从而减小了防波堤的透浪系数改善了其消浪效果。分析影响浮式防波堤透浪系数的主要因素为防波堤的相对宽度和相对水深。通过波浪水槽内的系列试验,研究两者对新型浮式防波堤透浪系数的影响,并给出临界透浪系数(C t=0.5)与两者的关系。在实际工程的设计和应用阶段,各种参量是相互影响的,讨论了波浪透射系数与各参数之间的关系。该浮式防波堤的消浪效果良好,为浮式防波堤的推广应用提供参考。     

珊瑚礁上防波堤波浪爬高的数值模拟与特征分析

波浪在珊瑚礁礁坪破碎、传播后在防波堤产生爬高,波浪爬高是决定防波堤高程、人工岛高程的重要因素。基于FLOW-3D软件,建立了珊瑚礁上防波堤波浪爬高的数值模型。通过与物理模型对比,验证了珊瑚礁上波浪传播与破碎、非破碎波在防波堤爬高数值模拟的合理性。在此基础上模拟了波浪在珊瑚礁地形上破碎与传播、防波堤的爬高,表明:随着礁坪上防波堤离礁前缘距离的增大,波浪爬高逐渐减小,在距礁前缘约一个深水波长处的防波堤爬高已显著减小。     

波浪环境中圆形垂向射流的试验研究

使用粒子图像测速技术PIV(particle image velocimetry)对有限水深规则波浪环境下圆形垂直射流进行了试验研究。应用相位分析法从测量结果中分离出时间平均的速度值。试验中用5种不同周期的波浪研究波周期对射流的影响,分析了射流核长度与射流比、射流出口速度与波浪速度之比和波陡的关系,以及一定区域内射流喷口轴线上垂向平均速度的衰减规律和射流宽度的发展规律。结果表明波周期对射流的流场特性有显著影响。     

新型圆弧面防波堤波压力分析

在现有半圆型防波堤研究的基础上,保留半圆型防波堤良好的受力特性,并根据现代水工结构对水环境提出的新要求设计了一种新型的圆弧面防波堤。通过物理模型试验,从相对波高、波陡及开孔率这三个因素对圆弧面的受力性进行了分析。结果表明波浪力随着相对波高的增大而增大;随着波陡的增大波浪力呈现下降趋势,且波陡变化对水平分力影响较小;适当增加开孔率会减小圆弧面上的波压力,而在相对波高较大时开孔率变化对波浪力的影响较小。     

计算域中存在直立岛式结构物时波浪传播的数值模拟

针对计算域中存在直立岛式结构物的复连通区域,提出了岛体边界条件,利用缓坡方程建立了在计算域中存在直立岛式结构物时波浪传播的数值模拟模型。模型适用于变水深水域问题,克服了解析解只能适用于等水深水域的不足。直立圆柱和无穷小厚度岛式防波堤周围波浪传播的数值算例表明,数值解与解析解吻合良好,说明所建立的数值模拟模型能有效地模拟复连通区域内的波浪传播。矩形固定式防波堤周围波浪场的数值模拟说明该模型对工程实际有较强的适应性。     

波浪和水流对大直径圆柱的共同作用力

本文将波流共同对圆柱作用的速度势分成合模势（无自由表面的绕流速度势）、流兴波势和非定常波势三部分。忽略小量的流兴波势，考虑合模势对非定常波势的影响，用直接边界元法求出非定常波势，从而求出波流共同对圆柱的作用力，提出了沿流线的自由表面条件和波流共同作用下散射波的幅射条件。文中给出了波流对大直径圆柱作用力曲线，可供工程设计使用，适用条件是相对水深ｄ／Ｌ＞０．１５，相对流速Ｕ／ｃ＜０．２。