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本文基于雷诺平均的Navier-Stokes方程和k-ε模型求解湍流流动,采用流体体积法(Volume of Fluid,VOF)追踪自由表面运动,建立无反射波浪数值水槽,对多消浪室开孔沉箱的消浪特性进行数值模拟研究。将单消浪室和多消浪室开孔沉箱反射系数和结构前波面分布的数值分析结果与物理模型试验结果进行对比验证,两者符合良好。利用数值算例,研究多消浪室开孔沉箱的反射特性以及开孔结构附近的速度场和湍流强度分布。分析结果表明:波浪与开孔沉箱相互作用时,涡旋和湍动主要分布在开孔墙和消浪室内部自由表面附近;与单消浪室开孔沉箱相比,多消浪室开孔沉箱可以更有效的耗散波浪能量,降低结构的反射系数。本文分析结果可为开孔沉箱结构的工程设计提供参考依据。 相似文献
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开孔沉箱与斜向波作用的理论研究和实验验证 总被引：2，自引：0，他引：2
应用透空壁内流体速度与壁两侧的压力差成正比的线性模型，研究了无限多个开孔沉箱在斜向波作用下的反射问题。整个流域被分成无限多个子域，在每个子域内应用特征函数展开法对速度势进行展开。对于沉箱内的波浪运动，根据沉箱位置引入相位差概念。在构造反射波模型时，考虑了结构物几何形状周期性的影响。结果表明，当孔隙系数无限大时，开孔墙前后的速度非常接近，反射系数符合能量守恒定律。在低频入射波作用下，沉箱越短，其反射系数越小，反射系数随着角度的变大而减小。 相似文献
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开孔率是开孔沉箱波浪反射系数的重要影响因素,迄今为止关于开孔沉箱的物模试验研究成果(包括《防波堤设计与施工规范》)中,开孔率μ通常以线性关系反映在开孔沉箱波浪反射系数的计算关系式中,适用范围为0.2~0.4。但当μ0.2或μ0.4时,开孔率μ对波浪反射系数Kr的影响规律尚需进一步的研究探讨。现借助二维数值波浪水槽,在扩大了的开孔率取值范围内,模拟不规则波与可渗明基床上开孔沉箱的相互作用。结果表明:在0.2≤μ≤0.4的范围内,用线性关系描述开孔率μ对波浪反射系数Kr的影响是合适的;在μ0.4时,数模值和物模试验拟合的经验关系式的趋势是一致的;在μ0.2时,开孔沉箱反射系数K_r随开孔率μ的减小而增大,用物模试验拟合的经验关系式及《防波堤设计与施工规范》中计算公式的线性关系来描述开孔率μ对反射系数K_r的影响是不恰当的。研究成果对开孔沉箱消浪机理的深入认识和开孔沉箱结构的优化设计具有重要意义。 相似文献
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基于线性势流假定,对斜向波作用下带横隔板局部开孔沉箱防波堤的水平波浪力进行了理论研究。给出了开孔沉箱法向水平力和横隔板受力的理论计算方法,在极限情况下波浪力的计算结果与文献中的已有结果一致。利用数值算例分析了开孔沉箱总水平力的主要影响因素。开孔沉箱法向总水平力的减小主要集中于结构上半部分波浪影响范围以内。增加单个开孔沉箱的长度有利于减小结构所受总水平波浪力。当波浪入射角或沉箱前开孔墙孔隙影响系数幅值较大时,开孔沉箱横隔板上总水平力的最大值要超过相应的沉箱法向总水平力,此时要注意横隔板的强度问题。 相似文献
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由于开孔前墙和消浪室具有强扰动作用,所以开孔沉箱结构具有很好的消浪效果。本文通过日照港岚山港区码头开孔沉箱结构的物理模型试验,研究了沉箱不同开孔位置的消浪效果和水动力特征,分析了不同方案的反射系数和越浪量。结果表明：水位对反射系数的影响较大,开孔位置较高的方案,其消浪性能较好,且越浪量较小。选择反射系数和越浪量均较小的设计方案进行了水动力试验,结果表明：水平力最大时对应的浮托力约为最大浮托力的60%;浮托力最大时对应的水平力约为最大水平力的75%;波浪对开孔沉箱的作用主要集中于外壁迎浪侧,内部结构受到的波浪力很小;第二消浪室波浪力小于第一消浪室。 相似文献
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应用透空壁内流体速度与壁两侧的压力差成正比的线性模型,研究了斜向波与无限多个开孔沉箱的相互作用.依照结构物的几何形状,把整个流域分成无限多个子域,在每个子域内应用特征函数展开法对速度势进行展开.对于沉箱内的波浪运动,引入相位差概念;在构造反射波模型时,考虑了结构物的几何形状影响.列举出物理模型实验结果与数值实验结果的比较,可以看出两者吻合较好.进一步的数值计算验证表明,当孔隙系数无限大时,开孔墙前后的速度非常接近.在低频入射波作用下,垂直于沉箱的水平力随角度的变大而减小,平行于沉箱排列方向的力则变大. 相似文献
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极限波浪载荷是导致海上结构物疲劳失效的主要载荷之一。固定在海洋基础结构物上的直立开孔墙对减小波浪载荷具有一定的效果。基于不可压缩黏性流体流动理论和N-S方程,采用VOF与Level-set相结合追踪自由表面的方法,首先建立数值波浪水槽,然后对开孔墙本身的开孔率和开孔墙与直立墙之间的相对距离,在降低反射系数和波浪力两个方面进行分析。研究结果表明,开孔墙可以明显降低作用在结构物上的波浪力,开孔墙本身的开孔率和与直立墙的相对距离会对其产生明显影响;不同波浪参数下会存在一个最佳的开孔率,但是不同波浪参数时最佳开孔率会略有不同;当开孔墙和直立墙的相对距离在0.2到0.3之间时,开孔墙的消波减载效果最佳。研究结果可为海洋工程相关设计提供一定的参考。 相似文献
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应用经CSPM法和黎曼解修正后的光滑粒子流体动力学(SPH)方法,建立了主动吸收无反射数值波浪水槽,研究波浪作用下多孔介质结构的水动力特性。流体运动控制方程采用N-S方程,多孔渗水结构内流体的运动控制方程考虑渗流力的影响。数值计算结果给出了水槽内不同位置测点的波面历时曲线和越浪量随时间变化曲线,并同试验结果和Philip Liu的数值计算结果进行了比较。并对一个波浪周期内斜坡堤多孔介质结构内外的速度场和压力分布进行了讨论分析。计算分析表明,数值计算波面较Philip Liu的计算结果与试验结果吻合更好。说明应用SPH方法建立的二维数学模型能够较好地模拟破碎波在多孔渗水斜坡上的爬坡和越浪。 相似文献
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开孔沉箱是将传统沉箱的前壁开孔,使沉箱前的入射波浪与反射波浪非同相位叠加,达到消能目的。消浪室是开孔沉箱的重要特征结构,其宽度对开孔沉箱的消浪性能具有重要影响。针对可渗明基床开孔沉箱,赋予消浪室宽度以较大的变化范围,开展专项物模试验,研究探讨了在规则波与不规则波作用下,相对消浪室宽度对可渗明基床开孔沉箱前波高反射系数的影响规律,发现反射系数随相对消浪室宽度的增加呈减小—增大—减小的振荡特性,这一发现有别于前人的研究成果,对工程中开孔沉箱消浪室结构的优化设计具有借鉴意义。同时,对试验工况进行数值模拟和解析计算,以物模试验值为标准,评价两种方法在研究相对消浪室宽度对开孔沉箱波高反射系数影响时的规律把握能力及计算精度,对工程中应用这两种方法给出相关建议。 相似文献
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An analytic solution based on the division of the fluid domain is developed for the interaction of obliquely incident waves with infinite number of perforated caissons. The whole fluid domain is firstly divided into infinite sub-domains according to the division of structures, and subsequently eigenfunction expansion is employed to represent the velocity potential in each domain. A phase relation is utilized for the analysis of wave oscillation in each caisson, and the character of structure geometry is considered in setting up the mathematical model of reflection waves. The reflection waves from the present analysis include many propagation waves traveling in different directions when the incident wave frequency is high. Benchmark examinations show that the continuous condition of water particle velocity is satisfied at the front walls of caissons, and the reflection coefficients keep agreement with the energy conservation relation very well when porous effect parameter is infinite. Numerical results show that the reflection coefficients of obliquely incident waves are smaller when the length of caissons is shorter at low frequency. The wave reflection coefficients and the wave forces normal to caissons decrease and the wave forces along caissons increase with the increase of the wave incident angle. 相似文献
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1 .ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｒｅｍｅｎｄｏｕｓｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｔｒａｄｅａｎｄｓｅａｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｈａｓｔａｋｅｎｐｌａｃｅｓｉｎｃｅｔｈｅ1 980ｓ.Ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓａｍｅｐｅｒｉｏｄｏｆｔｉｍｅ ,ｈａｒｂｏｒｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｅｄｍａｒｋｅｄｌｙ ,ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｔｈｅｄｅ ｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎｏｆｗａｖｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎｈａｒｂｏｒｓ .Ｒｅｄｕｃｉｎｇｗａｖｅｄａｍａｇｅｔｏｐｏｒｔａｎｄｍａｒｉｎｅ… 相似文献
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This study examines the reflection of obliquely incident waves by an infinite array of partially perforated caissons. Based on the linear potential theory, an analytical solution of the present problem was developed by means of the matched eigenfunction expansion method. The solution was obtained in a single strip consisting of the semi-infinite narrow region in front of a caisson and the fluid domain inside this caisson. It was then extended to the whole fluid domain by using the periodicities of the structure and the incident waves along the length of the caissons. The present model was validated by comparing the reflection coefficients of several limiting cases with the corresponding results obtained by previous researchers. Numerical experiments were also conducted to examine the variations of the reflection coefficient versus its main effect factors. The numerical results indicate the differences between the present model and the previous limiting cases, and some helpful results are recommended for practical engineering. 相似文献
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多消浪室局部开孔沉箱防波堤反射特性的迭代解析研究 总被引：1，自引：0，他引：1
基于势流理论，对多消浪室局部开孔沉箱防波堤的反射特性进行解析研究。研究中采用开孔墙处的二次压力损失边界条件，可以直接考虑波高对于开孔墙处能量损失的影响。利用匹配特征函数展开法和迭代方法得到当前问题的解析解。收敛性验证表明，迭代计算和级数解均具有良好的收敛性。该解析解的计算结果与分区边界元的数值计算结果一致，并且与已有的试验结果符合良好。通过算例分析，研究开孔沉箱防波堤反射系数的主要影响因素。结果表明：与单消浪室开孔沉箱防波堤相比，多消浪室开孔沉箱防波堤可以在更宽的波浪频率范围内保持低反射；增大开孔墙的开孔率，有利于降低多消浪室开孔沉箱防波堤的反射系数；当开孔墙的开孔率沿着入射波方向依次递减时，多消浪室开孔沉箱防波堤的反射系数较小。本文所建立的解析模型简单可靠，可用于工程初步设计中分析开孔沉箱防波堤的水动力性能。 相似文献
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双消浪室局部开孔沉箱防波堤具有低反射、结构受力小、适宜较大水深和工程造价低等优点。为明确双消浪室局部开孔沉箱水动力特性的主要影响因素,采用理论分析和物理模型试验相结合的方法,对规则波和不规则波作用下双消浪室局部开孔沉箱防波堤的反射特性进行研究。基于势流理论,建立规则波和不规则波对局部开孔沉箱防波堤作用的三维解析解,采用二次压力损失边界条件考虑沉箱开孔墙对波浪运动的影响,利用周期性边界条件考虑防波堤结构沿长度方向的周期性变化。开展相应规则波和不规则波物理模型试验,验证理论模型的合理性。通过算例分析,研究不同波浪要素和结构参数对防波堤反射特性的影响。研究表明:双消浪室局部开孔沉箱相对消浪室宽度取值为0.08~0.20,沉箱前墙开孔率大于后墙开孔率时,防波堤在较大波浪频率范围内消波效果显著;当前后墙的开孔率相等时,防波堤反射系数的最小值随着开孔率增大而减小。 相似文献
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Simplified analytical solutions are presented to model the interaction of linear waves with absorbing-type caisson breakwaters, which possess one, or two, perforated or slotted front faces which result in one, or two, interior fluid regions (chambers). The perforated/slotted surfaces are idealized as thin porous plates. Energy dissipation in the interior fluid region(s) inside the breakwater is modelled through a damping function. Under the assumption of potential flow and linear wave theory a boundary-value problem may then be formulated to describe wave interaction with the idealized structure. A solution to this simplified problem may be obtained by an eigenfunction expansion technique and an explicit analytical expression may be obtained for the reflected wave height. Using the experimental work of previous authors, damping coefficients are determined for both single and double chamber absorbing-type caisson breakwaters. Based on the damping for a single perforated-wall breakwater, a methodology is proposed to enable the estimation of the damping coefficients for a breakwater with two chambers. The theoretical predictions of the reflection coefficients for the two-chamber structures using the present model are compared with those obtained from laboratory experiments by other authors. It is found that the inclusion of the damping in the interior fluid region gives rise to improved agreement between theory and experiment. 相似文献