倾斜挡浪板式桩基透空型防波堤的消浪性能研究

本文提出了一种倾斜挡浪板式桩基透空型防波堤,通过物理模型试验对规则波作用下防波堤的消浪性能进行了研究。试验中观测了桩基透空型防波堤迎浪侧和背浪侧波面的变化过程,探讨了不同入射波浪条件下防波堤挡浪板的开孔率ε和布置形式B对其消浪性能的影响,分析了防波堤的反射系数K_r、透射系数K_t以及波能耗散系数K_d随着相对波高H/D和相对堤宽W/L的变化关系,并从波浪能量分布的角度分析此种防波堤的消浪机理。研究结果表明,单层挡浪板的开孔率自30%降低至10%,平均透射系数可减小约24.3%,平均耗散系数可增长约12.8%;双层挡浪板防波堤的反射系数取决于前排挡浪板的开孔率,透射系数取决于挡浪板组合中的最小开孔率。     

双筒双板式浮式防波堤消浪性能研究

浮式防波堤具有对海洋环境友好、施工方便、造价受水深影响小等优点,在海岸工程领域有广阔的应用前景。但受消波效果不稳定、结构易破坏且对锚泊系统要求高等因素的影响,浮式防波堤在实际工程应用中面临较大的挑战。本文采用物理模型试验以及基于OpenFoam的数值模拟方法,对一种由双浮筒、双竖板与水平连接板组成的新型浮式防波堤结构进行消浪性能研究。讨论波浪要素、相对竖板高度、相对水平连接板宽度等因素对双筒双板式浮式防波堤（DCDPFB）消浪性能的影响,分析其周围形成的局部涡量与速度场变化,确定相对最优的结构尺寸。结果表明,相对水平连接板宽度、相对竖板高度和半圆柱体尺寸是影响DCDPFB消浪性能的关键因素;波高与入水深度对透射系数的影响较小;DCDPFB周围形成的局部涡量与速度场变化是耗散波浪能量的重要因素;按照相对最优结构尺寸建造的DCDPFB试验段,在海上原型试验中表现出良好的消波性能。     

多层挡板桩基透空式防波堤消浪特性试验研究

本文回顾了已有的关于透空式防波堤的波浪透射率的理论计算方法,分析了多层挡板桩基透空式防波堤的消浪机理。结合防波堤断面波浪试验,探讨多层挡板桩基透空式防波堤的消浪特性。研究结果表明多层挡板桩基透空式防波堤能够显著消减波浪,它的应用突破了透空式防波堤仅适用于小尺度风浪水域的经验。研究发现影响防波堤消浪效果的因素中,挡板的透空率和设置方式的影响最为显著。文中提出的减小波浪透射率的方法可供设计部门参考。     

新型直立式透空堤消浪性能数值研究

为使防波堤同时具有良好的掩护效果和水体交换能力,提出了两种带有透浪通道的新型直立式防波堤。基于Fluent求解器建立了三维数值波浪水槽,通过与试验结果对比,验证了该数值水槽求解波浪与透空堤作用具有较高的精度。对两种防波堤在规则波作用下的透浪特性进行了研究,结果表明:透射系数K_t与透空率呈正线性相关,且可通过调整透浪通道间距,使相同透空率下K_t降低20%～30%。对同一结构,K_t随相对波长的增大而显著增大,但受相对波高的影响较小。在透空率大于0.16后,异型沉箱防波堤的消浪性能明显优于错位沉箱。基于数值计算结果,给出了以上两种透空堤波浪透射系数的经验公式。     

透空管式防波堤透射系数及反射系数的试验研究

对透空管式防波堤的消浪性能进行了研究,通过进行物理模型试验,深入探讨了管道防波堤的堤顶宽度、斜率、波陡对防波堤消浪效果的影响,得出了该结构的反射系数及透射系数与各影响参数间的关系。研究结果表明,堤顶宽度为1.2Hm,斜率为1∶1.5的模型消浪效果较好。     

高桩挡板透空式防波堤消浪性能数值研究

以RANS方程为控制方程,基于有限体积法,在动量方程中添加源项,建立了具有造波‐消波功能的数值波浪水槽。利用建立的源项造波数值波浪水槽,模拟了高桩挡板透空式防波堤在规则波作用下的消浪效果,完整地再现了堤前堤后的流态,分析了挡板相对入水深度对透浪系数的影响。在与试验值及拉帕公式对比后发现,数模计算结果与试验值较接近,拉帕公式偏大。研究了堤顶相对宽度、相对水深、相对波高对透浪系数的影响并提出修正公式,修正公式与计算值和试验值吻合较好。     

圆弧板透空式防波堤消波性能试验研究

提出了一种由多层圆弧板组成的新型透空式防波堤结构,并对其在二维规则波浪作用下的消波性能进行了物理模型试验研究。在不同入射波高条件下,对圆弧板和水平板透空结构的消波性能进行了比较分析,探讨了圆弧板间距和层数对圆弧板透空式结构消波性能的影响。研究结果表明,圆弧板透空式结构的消波效果优于水平板式透空结构,在相对宽度为0.2时,可以使透射系数达0.5以下。随着圆弧板间距从0.15 m减小到0.05 m时,消波效果逐步提升,而圆弧板的层数对结构的消波性能也有一定影响。     

弧板式透空堤消浪性能影响因素数值研究

弧板式透空堤是由弧型板组成的新型防波堤结构。为探讨其透射系数的影响因素,利用Fluent软件基于N-S方程构建了波浪与板式透空堤相互作用的数值模型,讨论了相对潜深、入射波周期、相对波高、相对板宽和结构型式对透射系数的影响。结果表明:弧板式透空堤的透射系数随着相对波高和入射波周期的增大而增大,在静水面附近透射系数最小,尤以静水面和略高于静水面时的消浪效果最佳;在相同波浪要素条件下,静水面及其上0.02 m和0.04 m位置处,弧板式透空堤的消浪效果明显优于平板式透空堤。     

双挡板透空堤透浪与反射系数实验研究

设有挡浪板结构的透空式防波堤适用于水深较大的海域,且具有较好的消浪效果。采用物理模型试验,探究具有双侧挡浪板结构的透空式防波堤透浪系数与反射系数的影响因素与规律,研究包括外侧与内侧挡浪板入水深度,水平板板宽,结构上部挡浪墙的高度与位置,水平板超高与波浪要素等因素。通过比较各家透浪系数的理论计算公式与实验结果,进行透浪系数的计算方法研究,给出修正Wiegel公式拟合双侧挡浪板透空式防波堤的透浪系数计算公式,供工程设计参考与进一步研究。     

集成波能转换功能的方箱—挡浪板式浮式防波堤水动力特性研究

浮式防波堤与振荡浮子式波浪能转换装置集成是一种较为合理的波浪能开发利用方式,基于方箱式浮式防波堤—波浪能转换集成系统和幕帘式防波堤的研究成果,提出了一种新型方箱—垂直挡浪板式浮式防波堤—波浪能转换集成系统,建立数学模型对该集成系统的水动力特性和能量输出特性进行研究。模型基于N-S方程,采用紧致插值曲线(CIP)方法结合浸没边界法(IBM)求解。运用数值模型探究在一定波浪条件下,动力输出系统(PTO)阻尼力的大小以及挡浪板对集成系统的水动力特性和能量转换特性的影响,得到如下结论:集成系统的俘获宽度比随PTO阻尼力的增大呈现先增大后减小的趋势,在阻尼力F_(PTO)=150 N时达到最大;相对于方箱型集成系统,增设0.1 m挡浪板后可使其最大俘获宽度比η_e提高33%左右;此外,集成系统的俘获宽度比随挡浪板长度增加而增大,增长趋势逐渐变缓,在挡浪板长度S_p=0.5 m时达到最大,此时俘获宽度比η_e=0.563 1。     

双浮箱式浮式防波堤消浪性能试验研究

浮式防波堤在港口海岸工程、近海工程、海洋工程和水产养殖等诸多领域有广阔的应用前景。与单浮箱式浮式防波堤相比,多浮箱式浮式防波堤可提高其消浪性能。对双浮箱式浮式防波堤进行了二维波浪物理模型试验,分析了浮箱宽度、前后浮箱连接方式、前后浮箱间距以及浮箱入水深度等因素对浮式防波堤消浪性能的影响。研究结果表明:对于单浮箱式浮式防波堤,试验范围内浮箱宽度增大一倍后消浪效果改善并不相对明显;前后浮箱刚性连接的双浮箱式浮堤的波浪透射系数均小于前后浮箱自由的双浮箱式浮堤和相同浮箱宽度的单浮箱式浮堤,浮堤消浪性能提高;由于前后浮箱相对间距太大时前后浮箱的相互作用减弱,浮堤的波浪反射系数变小,而不同前后浮箱相对间距的波能损耗系数整体上差别较小,双浮箱式浮堤的波浪透射系数整体上随着前后浮箱相对间距D/2B的增大先减小然后变大,在相对间距D/2B为1.0~1.5时双浮箱式浮堤的波浪透射系数相比最小;不同波高和波浪周期下,浮堤的波浪透射系数均随着浮箱相对入水深度的增大而减小。     

浮式防波堤非线性波浪力实验研究

对浮式防波堤在不同吃水深度、周期、波高和入射波波型情况，进行了波浪对浮式防波堤非线性作用力的研究，给出了有关实验结果。实验结果表明波浪力在周期较大时，随着波高的增加，出现一阶力减小、高阶力增大的强非线性现象。实验中出现了二阶力大于一阶力的现象，也出现了三阶力大于二阶力和一阶力的现象。     

Study on scattering wave force of horizontal and vertical plate type breakwaters

The interaction between wave and horizontal and vertical plates is investigated by the boundary element method,and the relations of wave exciting force with plate thickness,submergence and length are obtained.It is found that:1) The efficient wave exciting force exists while plate submergence is less than 0.5 m,and the plate is very thin with order O(0.005 m).2) The maximum heave wave exciting force exists,and it is the main factor for surface and submerged horizontal plate while the roll force can be ignored.3) The maximum sway wave exciting force exists,it is the main factor for surface or submerged vertical plate,and the roll force is about 20 times of horizontal plate.     

畸形波作用下双层水平板防波堤压力分布特性研究

基于物理模型试验,考虑畸形波参数、相对板宽、相对波高等影响因素,就畸形波对平顶双层水平板防波堤作用进行研究。首先对畸形波作用下双层水平板的波浪力分布特征进行了讨论,然后就最大波动压强、结构最大总垂向力与不规则波作用进行了对比分析。结果表明,畸形波作用下,双层水平板最大波动压力出现在前端迎浪区域附近,向尾端逐渐递减。双层水平板4个受力面的压力分布不同且有相位差,4个受力面的最大波动压力时间差约在0.1T_p~0.4T_p范围内变化。与不规则波作用比较,畸形波作用没有显著改变波压包络分布特征,但增大了波压包络强度值。试验范围内,就最大总力而言,两者最大总浮托力比值在1.06~2.45间变化;向下的最大总垂向力比值在1.22~2.07之间变化;就波动压力而言,其增大的幅度与畸形波参数α₁相关性最强,随α₁的增大而增大,在α₁=2.04~3.1试验范围内,畸形波作用时的最大压强比不规则波作用时可约增大20%~80%。就最大波吸力而言,两者的比值与畸形波参数α₄相关性最强,随α₄的增大而减小。在α₄=0.62~0.75试验范围内,最大波吸力强度的比值在1.61~0.87范围内变化。当α₄≤0.72时,畸形波作用时的最大波吸力大于不规则波作用时的最大波吸力;当α₄ > 0.72时则刚好相反。     

Experimental study on the performance of twin plate breakwater

The wave transmission characteristics and wave induced pressures on twin plate breakwater are investigated experimentally in regular and random waves.A total of twenty pressure transducers are fixed on four surfaces of twin plate to measure the wave induced dynamic pressures.The spatial distribution of dynamic wave pressure is given along the surface of the twin plate.The uplift wave force obtained by integrating the hydrodynamic pressure along the structure is presented.Discussed are the influence of different incident wave parameters including the relative plate width B /L,relative wave height /i H a and relative submergence depth s /a on the non-dimensional dynamic wave pressures and total wave forces.From the investigation,it is found that the optimum transmission coefficient,t K occurs around B /L 0.41 ~ 0.43,and the twin plate breakwater is more effective in different water depths.The maximum of pressure ratio decreases from 1.8 to 1.1 when the relative submergence depth of top plate is increased from 0.8to +0.8.     

Scattering of water wave by a submerged horizontal plate and a submerged permeable breakwater

Based on a two-dimensional linear water wave theory, this study develops the boundary element method (BEM) to examine normally incident wave scattering by a fixed, submerged, horizontal, impermeable plate and a submerged permeable breakwater in water of finite depth. Numerical results for the transmission coefficients are also presented. In addition, the numerical technique's accuracy is demonstrated by comparing the numerical results with previously published numerical and experimental ones. According to that comparison, the transmission coefficient relies not only on the submergence of the horizontal impermeable plate and the height of the permeable breakwater, but also on the distance between horizontal plate and permeable breakwater. Results presented herein confirm that the transmission coefficient is minimum for the distance approximately equal to four times the water depth.