长周期涌浪作用下潜堤消浪的数值研究

发布时间：2020-09-28 22:04

　　关于长周期涌浪的研究,一直是较为复杂的难题。它的波高虽然较小,但波长较长,具有极强的透射能力,极易透过可透浪式防波堤;同时,长周期涌浪的波速较大,携带巨大的能量,因此会严重影响系泊船的稳定性。因长周期涌浪的作用而引发的事故屡见不鲜,给港口建设和作业带来很大的困扰。但从目前的研究来看,各类可透浪式防波堤对长周期涌浪的掩护效果仍不理想。潜堤堤顶多在平均水位附近,波浪越过潜堤时发生破碎或剧烈变形,波能耗散而导致堤后水域波动减弱,这正是潜堤的消浪机理。潜堤结构因在防浪挡浪、保滩促淤及生态景观等方面具有独特的优势,广泛存在于海岸工程中。以往的研究着重在于探究短波越过潜堤的传播过程及波高变化,缺乏长周期涌浪越过潜堤时波高变化的研究,同时,数值试验时采用的潜堤型式较为单一,未对潜堤堤顶型式进行改进与探究。本文利用开源CFD软件OpenFOAM建立了二维数值波浪水槽,模拟了长周期涌浪越过潜堤时的传播过程及波高变化,分析了不同条件下潜堤的消浪效果,为长周期涌浪作用海域的防护工程提供依据。首先,用相关学者的物理实验结果与本文数值模拟结果进行对比,通过选取稳定波段的波面历时变化曲线进行比较,检验了本文建立的潜堤二维数值波浪水槽的准确性和适用性。然后,利用该数值模型模拟了长周期涌浪越过潜堤的传播过程及波高变化,分别探讨了堤顶相对水深、堤顶相对宽度、坡度和周期对潜堤透射波高的影响,研究了长周期涌浪条件下平顶潜堤透射系数与各影响因素之间的关系。其次,结合前人对潜堤结构型式的研究将堤顶由平顶改为齿型,应用所建立的数值模型计算了长周期涌浪作用下齿型潜堤结构堤后的透射波高,并与相同工况下平顶潜堤对比,分析齿型潜堤的消浪效果。最后,总结了本文的研究内容及主要研究成果,为后续长周期涌浪作用下防波堤结构的设计提供参考,同时对未来潜堤结构型式的研究做出展望。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U656.2
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 潜堤消浪效果研究
        1.2.2 国内外潜堤的工程实例
        1.2.3 存在的问题
    1.3 本文主要研究内容
2 二维数值波浪水槽模型
    2.1 控制方程
    2.2 数值离散与求解
    2.3 边界条件设置
        2.3.1 自由表面边界条件
        2.3.2 造波、消波边界
    2.4 数模结果与物模结果对比分析
    2.5 本章小结
3 长周期涌浪下平顶潜堤的透射系数计算
    3.1 模型设置
    3.2 数值试验结果
    3.3 潜堤消浪的影响因素分析
        3.3.1 堤顶相对水深a/H对潜堤消浪的影响
        3.3.2 周期T g/d对潜堤消浪的影响
        3.3.3 堤顶相对宽度B/L对潜堤消浪的影响
        3.3.4 坡度m对潜堤消浪的影响
    3.4 本章小结
4 长周期涌浪下齿型潜堤的透射系数计算
    4.1 模型设置
    4.2 数值试验结果
    4.3 与平顶潜堤对比分析
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

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