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。     

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。     

斜坡上梯形潜堤附近流动结构的数值研究

波浪通过斜坡上潜堤时的波形和非线性特性均有显著变化,同时潜堤附近会出现涡流的生成及消散现象,有必要对其深入研究.基于1:20的斜坡上的波浪水槽实验,分析规则波在斜坡上不可渗梯形潜堤附近的动力特性.本文垂向二维波浪数学模型以RANS方程为控制方程,采用非线性涡黏性(各向异性) 紊流传输模型封闭雷诺应力项,利用VOF方法追踪自由表面以及采用源函数造波技术来模拟规则波对斜坡上潜堤的作用,数值计算结果与实验测量数据进行对比,吻合良好.利用数值计算进一步分析了流场、流线、紊动动能及紊动动能耗散率等特性,重点探讨了堤顶水深变化的影响,得到随堤顶水深增大,潜堤的消浪作用将明显减弱.     

桩基挡板式透空堤透浪系数计算及试验研究

在威格尔对直板透浪系数研究基础上,采用微幅波理论并结合不同透空堤结构尺寸(挡浪板宽度与挡板间距之和D,桩基的宽度b及挡浪板间距△D组合)推导透空堤透浪系数计算公式.并基于广东新港荔枝湾防波堤模型试验,研究了挡浪板的相对入水深度、挡浪板间距、不同波浪重现期对透浪系数的影响,验证了理论推导透浪系数计算公式的合理性,计算了波浪条件d/L≤0.245和t/d=0.35～0.78范围内的透空堤透浪系数,为确定合理的透空式防波堤结构提供设计依据.     

潜堤上波浪传播过程数值研究

以RANS方程结合Level-Set方法为研究基础,采用五阶WENO有限差分格式进行空间离散、三阶TVD Runge-Kutta格式进行时间推进、Level-Set方法追踪波浪与空气间自由面以及解析松弛法来实现数值水槽中的造波消波,建立了一种求解潜堤上波浪传播问题的数值计算模型。选取经典的潜堤上波浪传播物理试验模型对数值模型进行了验证,水位计算结果与试验值吻合较好。进一步研究了波高、潜堤顶部淹没深度以及潜堤坡度等参数对潜堤上波浪传播过程的影响。结果表明:波高越高、淹没深度越浅、潜堤向波坡度越小,波浪受浅水作用越明显;潜堤背波坡度越小,波浪受反浅水作用稍大,但并不明显。     

波浪通过斜坡上潜堤的波能演化实验研究

潜堤是防止海岸侵蚀的常用护岸建筑物,准确的掌握潜堤前后波浪的传播变形规律十分必要.该文以斜坡上梯形潜堤为研究对象,基于波浪水槽实验,通过谱分析探求线性波、非线性波、非规则波通过斜坡上潜堤内部组成能量的变化规律,分析相同的入射波情况下波浪倍频能量演变与堤顶水深大小的关系,得出堤顶水深越小主频能量衰减越大的规律.同时,比较研究线性波与非线性波作用下潜堤前后波能的变化,发现非线性波高倍频能量产生更加剧烈.     

大型围垦工程海堤建设过程中围区内波浪传播研究

以浙江省温州市某大型围垦工程为例,采取波浪断面物理模型试验与数值模拟相结合的方法,运用MIKE21中SW模块,数值模拟了越堤次生波、龙口绕射波和小风区风成浪综合作用下的波浪传播变形现象,探讨了一期海堤平面位置、建设抬高过程以及龙口布置等因素对二期海堤堤前波浪要素的影响。     

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.     

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。     

波浪与透空式水平板相互作用数值模拟研究

基于计算流体动力学软件Flow3D,建立了模拟规则波与透空式水平板相互作用的三维数值波浪水槽。将数值模拟结果与实验资料进行了对比验证,结果表明,所建三维数值波浪模型能准确计算出作用在平板上的波浪浮托力,并能很好地模拟出波浪遇平板发生的波面流场变化及作用在平板底部压强分布变化。将模型应用于计算作用在海洋平台主船体底部波浪浮托力,所得结果可为工程设计提供参考依据。     

Research on wave forces acting on the unit length of a veritical breakwater by tests and a numerical model

1. INTRODUCTION Foretime, the design of coastal structures has been based on the formulae developed for head-on unidirectional waves. On the one hand, waves usually attack a breakwater obliquely, forming a short-crested wave system in front of the breakwa…     

基于SWASH模型的近岸波浪传播变形数值模拟

SWASH模型是一种新型的非静压时域波浪模拟。为了探讨SWASH模型对于解决近岸波浪传播变形问题的适用性,在对其控制方程、边界条件、数值解法等进行介绍的基础上,采用该模型分别模拟了正向规则波、斜向规则波和斜向不规则波入射条件下L形防波堤附近水域的波浪场和波生流场,并与物理试验结果进行对比。结果表明,SWASH模型较好地复演了波浪在近岸区域所发生的浅水变形、折射、破碎,以及堤前反射、堤内绕射等物理现象,波高沿断面的定量分布与试验结果吻合良好,同时较好地模拟了不同波况下防波堤附近水域的波生流场,说明该模型适用于复杂岸线和地形条件下波浪传播变形的数值模拟。     

WAVE DISSIPATING PERFORMANCE OF AIR BUBBLE BREAKWATERS WITH DIFFERENT LAYOUTS

The wave dissipating performance of air bubble breakwaters with different layouts is studied by experimental and numerical methods in this article. Based on the assumpation that the mixture of air and water is regarded as a variable density fluid, the mathematical model of the air bubble breakwater is built. The numerical simulation results are compared with the experimental data, which shows that the mathematical model is reasonable for the transmission coefficient Ct_m. The influencing factors are studied experimentally and numerically, including the incident wave height H_i, the incidentt wave period T, the air amount Q_m, the submerged pipe depth D and the single or double air discharging pipe structure. Some valuable conclusions are obtained for further research of the mechanism and practical applications of air bubble breakwaters.     

倾斜挡浪板桩基透空堤水动力特性

通过物理模型试验和数值模拟试验,对前倾斜、后垂直的双挡浪板桩基透空堤的透射系数、反射系数、波压力,以及波浪爬高等水动力特性进行了系统的数值模拟研究。研究结果表明,相较于垂直挡浪板,采用倾斜的前挡浪板可明显减小结构的透射系数和反射系数,而波压力和波浪爬高变化不大,体现了更好的挡浪效果。随着挡浪板倾斜角度加大,透射系数、反射系数均呈减小趋势,当挡浪板倾斜角度增大至40°后,透射系数变化基本趋于平稳。总体来说,倾斜挡浪板结构优于垂直挡浪板结构,综合考虑各个因素,建议工程中前挡浪板倾斜角度以不大于40°为宜。     

Design formulas of transmission coefficients for permeable breakwaters

New empirical formulas of the transmission coefficient for permeable breakwaters were suggested based on available experimental data regarding the low-crest structure(LCS), including the permeable rubble mound breakwater and pile-type breakwater. The rationality of the present formulas was verified by their comparison with existing empirical and analytical formulas. Numerical flume results were obtained by solving the modified Boussinessq-type wave equations(MBEs), and a new expression relating the friction coefficient α to the relative submerged depth t sR H was also derived. Comparative analysis shows that the results of the present formulas agree with the numerical flume results as well as available experimental data, and the present formulas are superior to the existing empirical and analytical expressions in estimating the transmission coefficient. The present formulas can provide references for estimation of the transmission coefficient in engineering practice.     

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。     

气幕防波堤消波性能影响因素数值模拟研究

为研究气幕防波堤消波性能影响因素,将空气和水组成的两相流体处理为变密度单流体,通过UDF在连续方程中添加质量源项和动量方程中添加动量源项建立了气幕防波堤的数学模型,并将数值模拟结果与试验结果进行对比分析,二者具有较好的一致性,验证了气幕防波堤数学模型建立的合理性。以此为基础,对影响气幕防波堤消波性能的因素如入射波高、管道淹没深度进行了数值模拟计算,并通过分析、比较得出相关结论。这些结论对气幕防波堤的实际工程设计、施工等具有一定参考价值和指导意义。