双层弧板式透空堤水动力特性物模研究

发布时间：2020-08-06 13:31

【摘要】：板式透空堤是近年来的科研创新,它对比传统堤而言的优点有:(1)有利于防波堤前后的水体交换,有利于保护当地的生态环境不受到大面积破坏;(2)可以适用于深海地区;(3)工程造价较低,耗材较少;(4)结构较为简易,便于施工。紧随近年来关于创建海洋牧场政策的提出,人类急需创建一种新型防波堤。透空式防波堤可在近海区域建设对于海洋牧场的防护具有非常重要的作用,板式透空堤的发展将会引发海洋防波堤的变革,具有广泛的发展前景。已有研究人员指出:圆弧板结构的受力特性较平板好,而且下弧板具有较好的消浪效果,这主要是因为不同结构在消浪原理上存在一定的差异。平板式透空堤主要是通过破坏水质点的竖向运动轨迹,使波浪发生浅水效应进而破碎消能,减小透射波高。下弧板式透空堤的迎浪面积较平板式透空堤大,且波浪需沿着堤面上爬,其对波浪的阻碍效果更加明显;板的形态决定了水质点的纵向与横向运动都将被干扰,浅水效应显著,进而破碎现象剧烈。上弧板式透空堤由于迎浪面向下倾斜,与下弧板式透空堤相比较,水体没有上爬过程的消能作用,透射与反射较下弧板式透空堤均增大。本文是基于前人对板式透空堤的研究进而对双层弧板式透空堤进行一个深入的探索。双层弧板式透空堤主要由两个弧形板构成的新型消浪结构。为研究双层弧板式透空堤的水动力特性,本文通过将不同形式的透空堤放入试验水槽中,来测试透空堤的潜深,两板间距,双层弧板高度等对于其消波性能以及所受压力的影响。从反射系数、透射系数、波浪能量、压力等多种因素来分析透空堤的水动力特性,以期得到一种消浪较好的透空堤形式。得出以下研究成果:(1)0.10m弧高的双弧板透空堤的反射系数受相对板宽、波高、周期、板间距、潜深因素影响多变但数值均比0.05m弧高的透空堤小,K_r均小于0.2。(2)伴随波浪高度的加大,透空堤的透射系数增大。对于0.05m弧高的透空堤,透射系数受板间隔变化影响较小。对于0.10m弧高的透空堤,从总体上而言可以发现当弧高与板间间距接近时板的透射系数较小。潜深的变化对于透空堤消浪影响较大,潜水堤(h=0.03m)的透射系数较大消浪较差,出水堤(h=-0.03m)透射系数较小消浪较好。潜深的变化对于透空堤消浪影响较大,透空堤在出水状态下透射系数较大消浪较差,在出水状态下较小消浪较好。(3)对于0.05m弧高的透空堤,随W/L的增加透空堤的透射系数总体减小。对于0.10m弧高的透空堤,随W/L的增加透空堤的透射系数先增后减。(4)点压强与总压随时间t的增加均呈现周期性变化。透空堤每个板的上下表面的正压与负压变化趋势大部分关于横轴对称。(5)垂直波浪总力的大小要远大于水平波浪总力,说明透空堤主要为纵向消波,但两者正向与负向力的变化规律类似。弧高为0.10m的透空堤的水平垂直波浪总力均大于弧高为0.05m的透空堤。(6)波浪总力随相对板宽的增大整体呈现减小的趋势,其中0.05m弧高的双弧板式透空堤变化较小。波浪对于潜水堤(h=0.03m)的波浪力要小于波浪对于潜水堤(h=0m)与潜水堤(h=-0.03m)的波浪力。
【学位授予单位】：鲁东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U656.2
【图文】：

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双层弧板式透空堤水动力特性物模研究第2章物理模型试验2.1 试验设置及模型设计2.1.1 试验设备及其设置双层弧式透空堤试验主要在波流水槽系统中进行，波浪水槽造波系统是由天津港湾工程研究院有限公司制造，水槽尺寸长 60.0m、宽 2.0m、深 1.8m，最大工作水深 1.5m。水槽的硬件设备主要有玻璃水槽、造波主机、操作台、消浪段、数据采集仪以及具有采集数据功能的电脑两台。双弧板式透空堤布置在水槽试验段（图 2.1）通过浪高仪、压力传感器来得出数据并讨论结构的水动力性能。

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8图 2.2 玻璃水槽图 2.3 消浪段由于水槽宽度为 2m，为了充分利用及验证水槽的准确性，经研究将水槽试验有效用钢化玻璃隔板隔开（图 2.2），较窄的一侧为 0.8m 较宽的一侧为 1.18m 钢化玻璃为.02m，这样对于本文研究模型对能量耗散的影响打下了基础。

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