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.     

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.     

斜坡堤波浪爬高影响因素分析及其外坡轮廓设计

海堤断面型式有斜坡式、陡墙式和混合式之分,不同断面型式波浪爬高的计算方法相异,爬高的大小直接关系到堤顶的高低,进而影响整个断面的尺寸、工程量和投资。为此,本文对斜坡堤波浪爬高的诸影响因素进行分析,以期对复式斜坡堤外坡轮廓尺寸的设计提供一定依据。     

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。     

数值波浪水槽中的斜坡式孔隙结构规则波消波研究

基于Flow3D的有限差分求解程序、RNGκ-ε模型、VOF自由表面跟踪法建立了二维数值波浪水槽模型,模型开边界处采用斜坡式孔隙结构结合Sommerfeld辐射边界条件对波浪进行吸收处理。通过采用入反射波分离方法,得到水槽中的波浪反射系数,定量分析影响孔隙结构消波效果的参数,得到最优参数组合。经验证,数值波浪水槽中具备最优消波参数组合的斜坡孔隙结构结合Sommerfeld条件对于规则波具有较好的消波效果。     

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。     

斜坡堤堤心石尺寸对波浪传播影响的试验研究

采用典型斜坡堤断面结构,试验研究了不考虑越浪情况下不同尺寸堤心石对斜坡堤堤后波浪传播的影响,讨论了堤心渗透引起的波高及其与入射波要素和堤宽等因素的关系,给出了采用不同尺寸堤心石时堤后波高传递系数与无因次水动力参数和堤心结构B/D之间的经验公式.试验结果表明,不同尺寸堤心石对波浪传播的影响是显著的.     

波浪斜向入射对斜坡作用的研究

目前,国内、外对波浪斜向入射时,斜坡上所受的最大波压力及其作用点的研究,尚未见成果,而工程实践又急需理论指导。鉴于这种情况,本文对此进行了详细的试验研究,拟合出的经验公式和三维曲面图直观地表达了单宽斜坡上最大波压力随入射角的变化规律,以及随波长的变化趋势。     

波浪正向入射对斜坡作用的研究

本文通过大量的室内试验深入研究了波浪正向入射时,光滑斜坡上最大波压力的变化趋势,拟合出的变化规律与前苏联规范公式基本吻合,而且对两者的差别也作了合理的解释。同时,首次找出了最大波压力随波长变化的初步规律。     

双色波数值模拟的造波方法研究

为了使数值波浪水槽模型能够精确简便地代替物理模型,并为港口海洋工程及内河工程提供重要的数据支持,基于不可压缩黏性流体的N-S方程和VOF方法,运用软件FLUENT建立数值水槽。通过对软件的二次开发,进行推波板造波方法的波浪数值模拟。将物理模型实验中的Sch?ffer二阶造波理论运用于波浪数值模拟,实现基于二阶推波板造波法的双频波数值模拟。在此造波基础上,开创性地模拟出变化地形下波浪的相互作用,体现出其非线性作用。研究结果显示:(1)将各工况得出数据分别与理论值和实验值进行对比验证,表明所用方法有较好的精确性;(2)通过双色波相互作用后的频域分析得出其适用范围为0.1h/L0.5。推波板造波法模拟的数值波浪有着较好的非线性和精确性,可以在一定条件下代替物理实验。     

水下贴底射流及其对淤泥质床面冲刷实验研究

本文对水下圆截面贴底射流所产生的流速场及其对周围淤泥质床面的冲刷作用进行了实验研究，通过定床和动床两个系列的射流实验，给出了计算定床条件下床面流速分布和动床条件下射流临界冲届摩阻流速和冲届坑尺度的经验公式。     

Experimental study on wave-current structure around a pneumatic breakwater

A model of a pneumatic breakwater comprised of perforated pipes placed on a wave flume bottom and connected to a piston-type air compressor is installed in a wave flume. Ascending air bubbles form an aerial barrier which dissipates wave energy and reduces the height of transmitted waves. The model is exposed to regular waves with fixed parameters, and its properties are modified by changing the amount of air supplied to the pipes. Particle Image Velocimetry and Acoustic Doppler Velocimetry methods are employed to measure a wave-current velocity field in the close vicinity of a submerged aerial barrier used as a breakwater. The measurements are supported by free-surface elevation registration in order to evaluate the effectiveness of the pneumatic breakwater in damping waves and to identify processes responsible for wave energy dissipation. Basing on the measurements, the performance of the pneumatic breakwater in different wave conditions is analysed. The results indicate that the dissipation of energy inside a region of a turbulent flow induced by ascending air bubbles may be considered the main mechanism of wave energy attenuation by pneumatic breakwaters.     

Generation and evolution characteristics of the mushroom-like vortex generated by a submerged round laminar jet

This paper studies the formation mechanism and the evolution characteristics of the mushroom-like vortex generated by a submerged laminar round jet based on experiments, CFD simulation and a theoretica...     

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…     

Flume experimental study on evolution of a mouth bar under interaction of floods and waves

Based on the characteristics of hydrodynamics and sediment transport in the bar area in the Modaomen Estuary,a flume experiment was performed to study the evolution of the longitudinal profile of the mouth bar.The mouth bar evolution was investigated under the impacts of floods with different return periods as well as flood-wave interaction.The results showed that floods with different return periods had significant influences on the evolution of the river mouth bar.Particularly on the inner slope of the mouth bar,the sediment was substantially active and moveable.The inner slope and the bar crest tended to be remarkably scoured.The erosion was intensified with the increase of the magnitude of floods.Moreover,the bar crest moved seawards,while the elevation of the bar crest barely changed.Under the flood-wave interaction,a remarkable amount of erosion on the inner and outer slopes of the mouth bar was also found.The seaward displacement of the bar crest under the interaction of floods and waves was less than it was under only the impact of floods,while more deposition was found on the crest of the mouth bar in this case.     

西藏地区利用太阳能为冬季混凝土施工供热的可行性探讨

在西藏地区,冬季混凝土施工因一直受到恶劣的自然气候和能源供给贫乏等客观条件制约,致使基础设施建设严重滞后,甚至阻碍了地区经济建设快速发展的进程,因而提出了如何开发利用冬季工期来加快基础设施建设步伐。为此,对比西藏地区落后的能源供给状况和丰富的太阳能资源,分别就太阳能开发利用的外部条件、热利用技术、方式和设备等作了分析和探讨,认为利用太阳能为西藏地区冬季混凝土施工供热不仅可行,而且暂无其他更好的替代能源。     

坝内单进口旋流式竖井加洞塞组合消能试验研究

针对水电工程开发面临的坝高、流量大、河谷窄的问题,提出了新型的坝内旋流式竖井泄洪消能;其结构简单、泄流稳定、工程投资低、可减轻下游河床冲刷、改善坝区环境。通过多方案试验研究,寻求适合高拱坝的大泄量、高消能率的结构型式。     

照片数量对SfM动床河工模型地形三维重构的影响研究

SfM是摄影测量领域近年来飞速发展的三维场景重构技术,目前已在地貌勘测、文物勘察、冰川演化、岩石勘探、土壤侵蚀等研究领域开展了大量尝试和应用,而在河工模型方面的应用研究尚处于起步阶段。本文开展了输入照片数量对SfM法动床河工模型地形三维数字高程地形(DEM)重构精度影响研究,采用4个不同视角对河工模型动床冲淤地形进行拍摄,选取不同数量照片作为输入开展SfM法三维地形DEM重构,然后将每组DEM重构结果与传统测针法测量进行对比。结果表明,当照片数量较少时,增加照片数量可改善SfM重构精度,但当照片数量较多时,虽可为SfM提供更多的床面变化图像信息,但同时带来由于特征点成像变化而引起的误匹配现象,反而可能导致SfM重构精度下降。鉴于不同动床模型的模型沙和光照等外部条件不同,实际应用时须针对不同模型的特点进行深入对比和分析,选取合理的照片张数开展SfM法动床冲淤地形测量。