岛礁地形影响下浮式防波堤运动响应特性及消波效果研究
发布时间：2021-11-16 10:31
浮式防波堤是一种重要的港口水工结构物,用于防御外海传来的波浪。波浪从深水传播到近岛礁水域,受地形的影响,波浪特征与深水存在较大差异,水质点会与浮体、地形发生摩擦、扰流和碰撞,其运动规律受到破坏,复杂环境条件下防波堤会呈现强非线性耦合运动。目前商业软件如AQWA、SESAM等可以模拟简单的地形对系泊式结构物水动力性能的影响,但无法模拟地形变化引起的流体粘性运动,并且求解时没有考虑动态系泊锚链对其的真实作用,无法得到波浪演化情况。本文应用光滑粒子流体动力学方法（SPH）,基于悬链线方程理论,建立浮式防波堤与系泊系统耦合水动力数值分析方法并开展相关实验,通过实验测得浮式防波堤的动力响应,系泊缆张力和消波系数,数值模拟结果与试验结果进行对比,该方法有较好精度。在此基础上,研究分析了不同岛礁地形影响下浮式防波堤运动响应特性与消波机理。本文主要内容研究如下:1.采用SPH方法编写推板造波程序,建立二维波浪水槽,基于线性消波理论,对消波层内粒子的速度和压力梯度进行人工衰减,建立海绵层阻尼来消除波浪反射;基于悬链线方程理及流固耦合理论建立波浪作用下浮式防波堤与系泊系统耦合水动力数值分析方法,并实现波浪...
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 浮式防波堤的分类
1.2.1 浮式防波堤结构形式
1.2.2 浮式防波堤消波机理
1.2.3 浮式防波堤根据锚固方式
1.3 岛礁地形数值分析方法研究进展
1.3.1 岛礁分类
1.3.2 岛礁数值模型
1.3.3 岛礁数值分析方法研究
1.4 浮式防波堤消波效果及动力响应特性的研究现状
1.4.1 防波堤数值方法的研究
1.4.2 防波堤系泊系统与水动力性能的研究
1.4.3 防波堤消波效果的研究
1.5 SPH方法在流体力学方面的研究
1.6 本文的主要研究内容及创新点
1.6.1 研究内容
1.6.2 论文的创新点
1.6.3 论文研究框架
第2章 SPH方法基本原理与数值技术
2.1 SPH方法基本原理
2.1.1 SPH基本方程
2.1.2 粒子近似
2.1.3 核函数
2.1.4 Navier-Stokes方程的SPH粒子近似式
2.1.5 波浪力的计算
2.1.6 浮体运动
2.2 SPH流体动力学模型的数值处理技术
2.2.1 邻近粒子的搜索算法
2.2.2 边界条件
2.2.3 人工黏性
2.2.4 状态方程
2.2.5 时间积分
2.3 SPH水动力数值模型的改进
2.4 SPH数值模型求解过程
第3章 浮式防波堤系泊系统耦合水动力分析方法
3.1 数值波浪水槽
3.1.1 推板造波边界
3.1.2 消波层设计
3.1.3 数值波浪水槽的建立
3.2 浮式结构数值建立
3.3 浮式防波堤系泊系统数值分析
3.3.1 系泊状态
3.3.2 系泊系统的静力分析
3.3.3 系泊实施
3.3.4 系泊系统动态分析
3.4 单方箱浮式防波堤数值与试验对比研究
3.4.1 数值模型的设计
3.4.2 消波性能的比较
3.4.3 运动响应的比较
3.4.4 锚链力的比较
3.5 本章小结
第4章 单一岛礁地形影响下浮式防波堤消波效果研究
4.1 不同周期下单一暗礁地形对防波堤消波效果影响的研究
4.2 不同潜深下岛礁地形对防波堤消波效果影响的研究
4.3 不同尺寸下的单一暗礁地形对防波堤消浪效果影响的研究
4.4 不同位置处的单一暗礁地形对防波堤消波效果影响的研究
4.5 不同坡度下的单一暗礁地形对防波堤消波效果影响的研究
4.6 小结
第5章 多岛礁及近岛礁地形影响下防波堤消波效果研究
5.1 多岛礁地形影响下防波堤消浪效果研究
5.1.1 岛礁排布数量对于防波堤消浪效果的影响
5.1.2 岛礁间距对于对于防波堤消浪效果的影响
5.2 近岛礁地形影响下防波堤消波效果研究
5.2.1 防波堤设置在陡坡上
5.2.2 防波堤安置礁坪上
5.3 小结
第6章 岛礁地形影响下浮式防波堤模型试验研究
6.1 引言
6.2 模型主尺度与相似性
6.2.1 相似理论
6.2.2 浮式防波堤主体形式及其主尺度
6.2.3 系泊缆主尺度
6.3 测量系统及测点布置
6.3.1 测量系统
6.3.2 测试仪器及布置
6.3.3 岛礁布置
6.4 试验结果的分析
6.4.1 无防波堤岛礁环境下波浪运动的试验结果分析
6.4.2 岛礁环境下防波堤透射系数试验结果分析
6.5 试验结果与数值结果的对比与分析
6.6 小结
第7章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
读硕士学位期间发表的学术论文及学术成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Navier-Stokes方程珊瑚岛礁附近孤立波传播变形数值模拟[J]. 姚宇,何文润,李宇,刘晓建,唐政江. 哈尔滨工程大学学报. 2018(02)
[2]不同锚固方式双方箱浮防波堤水动力特性的SPH模拟[J]. 王烨,王永学,贺铭,任冰. 港工技术. 2016(01)
[3]岛礁地形上二维波浪传播的数值模拟[J]. 刘思,柳淑学,李金宣. 港工技术. 2015(05)
[4]水下板式—浮筒型防波堤附加质量与阻尼系数研究[J]. 王科,贺大川,高鑫,聂向军. 船舶力学. 2014(11)
[5]基于SPH方法沉箱式防波堤的数值研究[J]. 姜峰,唐晓成,任冰,陈洪洲,张莉. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2013(05)
[6]波浪在珊瑚礁坪上传播的水槽试验研究[J]. 梅弢,高峰. 水道港口. 2013(01)
[7]SPH方法的优化及在水波与半圆型防波堤作用中的应用[J]. 刘长根,崔可夫,张金豹,孙云舫. 哈尔滨工程大学学报. 2013(01)
[8]SPH方法在自由表面流体研究中的应用[J]. 缪吉伦,陈景秋,张永祥. 水利水电科技进展. 2011(03)
[9]一种新型浮式防波堤的试验研究[J]. 王环宇,孙昭晨. 港工技术. 2009(04)
[10]浅水区域浮箱式防波堤结构形式的试验研究[J]. 胡嵋,李大鸣,秦崇仁. 中国港湾建设. 2007(05)
博士论文
[1]多孔浮式防波堤的实验研究与数值模拟[D]. 王环宇.大连理工大学 2010
[2]波浪与浮式结构物相互作用的研究[D]. 郑艳娜.大连理工大学 2006
硕士论文
[1]岛礁环境下的波浪运动研究[D]. 陈彧超.大连理工大学 2015
[2]波浪作用下玻璃钢浮标水动力特性的数值研究[D]. 孙斌.长沙理工大学 2011
[3]浮式防波堤的实验研究[D]. 陈力.上海交通大学 2008
本文编号：3498710
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：108 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 浮式防波堤的分类
1.2.1 浮式防波堤结构形式
1.2.2 浮式防波堤消波机理
1.2.3 浮式防波堤根据锚固方式
1.3 岛礁地形数值分析方法研究进展
1.3.1 岛礁分类
1.3.2 岛礁数值模型
1.3.3 岛礁数值分析方法研究
1.4 浮式防波堤消波效果及动力响应特性的研究现状
1.4.1 防波堤数值方法的研究
1.4.2 防波堤系泊系统与水动力性能的研究
1.4.3 防波堤消波效果的研究
1.5 SPH方法在流体力学方面的研究
1.6 本文的主要研究内容及创新点
1.6.1 研究内容
1.6.2 论文的创新点
1.6.3 论文研究框架
第2章 SPH方法基本原理与数值技术
2.1 SPH方法基本原理
2.1.1 SPH基本方程
2.1.2 粒子近似
2.1.3 核函数
2.1.4 Navier-Stokes方程的SPH粒子近似式
2.1.5 波浪力的计算
2.1.6 浮体运动
2.2 SPH流体动力学模型的数值处理技术
2.2.1 邻近粒子的搜索算法
2.2.2 边界条件
2.2.3 人工黏性
2.2.4 状态方程
2.2.5 时间积分
2.3 SPH水动力数值模型的改进
2.4 SPH数值模型求解过程
第3章 浮式防波堤系泊系统耦合水动力分析方法
3.1 数值波浪水槽
3.1.1 推板造波边界
3.1.2 消波层设计
3.1.3 数值波浪水槽的建立
3.2 浮式结构数值建立
3.3 浮式防波堤系泊系统数值分析
3.3.1 系泊状态
3.3.2 系泊系统的静力分析
3.3.3 系泊实施
3.3.4 系泊系统动态分析
3.4 单方箱浮式防波堤数值与试验对比研究
3.4.1 数值模型的设计
3.4.2 消波性能的比较
3.4.3 运动响应的比较
3.4.4 锚链力的比较
3.5 本章小结
第4章 单一岛礁地形影响下浮式防波堤消波效果研究
4.1 不同周期下单一暗礁地形对防波堤消波效果影响的研究
4.2 不同潜深下岛礁地形对防波堤消波效果影响的研究
4.3 不同尺寸下的单一暗礁地形对防波堤消浪效果影响的研究
4.4 不同位置处的单一暗礁地形对防波堤消波效果影响的研究
4.5 不同坡度下的单一暗礁地形对防波堤消波效果影响的研究
4.6 小结
第5章 多岛礁及近岛礁地形影响下防波堤消波效果研究
5.1 多岛礁地形影响下防波堤消浪效果研究
5.1.1 岛礁排布数量对于防波堤消浪效果的影响
5.1.2 岛礁间距对于对于防波堤消浪效果的影响
5.2 近岛礁地形影响下防波堤消波效果研究
5.2.1 防波堤设置在陡坡上
5.2.2 防波堤安置礁坪上
5.3 小结
第6章 岛礁地形影响下浮式防波堤模型试验研究
6.1 引言
6.2 模型主尺度与相似性
6.2.1 相似理论
6.2.2 浮式防波堤主体形式及其主尺度
6.2.3 系泊缆主尺度
6.3 测量系统及测点布置
6.3.1 测量系统
6.3.2 测试仪器及布置
6.3.3 岛礁布置
6.4 试验结果的分析
6.4.1 无防波堤岛礁环境下波浪运动的试验结果分析
6.4.2 岛礁环境下防波堤透射系数试验结果分析
6.5 试验结果与数值结果的对比与分析
6.6 小结
第7章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
读硕士学位期间发表的学术论文及学术成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Navier-Stokes方程珊瑚岛礁附近孤立波传播变形数值模拟[J]. 姚宇,何文润,李宇,刘晓建,唐政江. 哈尔滨工程大学学报. 2018(02)
[2]不同锚固方式双方箱浮防波堤水动力特性的SPH模拟[J]. 王烨,王永学,贺铭,任冰. 港工技术. 2016(01)
[3]岛礁地形上二维波浪传播的数值模拟[J]. 刘思,柳淑学,李金宣. 港工技术. 2015(05)
[4]水下板式—浮筒型防波堤附加质量与阻尼系数研究[J]. 王科,贺大川,高鑫,聂向军. 船舶力学. 2014(11)
[5]基于SPH方法沉箱式防波堤的数值研究[J]. 姜峰,唐晓成,任冰,陈洪洲,张莉. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2013(05)
[6]波浪在珊瑚礁坪上传播的水槽试验研究[J]. 梅弢,高峰. 水道港口. 2013(01)
[7]SPH方法的优化及在水波与半圆型防波堤作用中的应用[J]. 刘长根,崔可夫,张金豹,孙云舫. 哈尔滨工程大学学报. 2013(01)
[8]SPH方法在自由表面流体研究中的应用[J]. 缪吉伦,陈景秋,张永祥. 水利水电科技进展. 2011(03)
[9]一种新型浮式防波堤的试验研究[J]. 王环宇,孙昭晨. 港工技术. 2009(04)
[10]浅水区域浮箱式防波堤结构形式的试验研究[J]. 胡嵋,李大鸣,秦崇仁. 中国港湾建设. 2007(05)
博士论文
[1]多孔浮式防波堤的实验研究与数值模拟[D]. 王环宇.大连理工大学 2010
[2]波浪与浮式结构物相互作用的研究[D]. 郑艳娜.大连理工大学 2006
硕士论文
[1]岛礁环境下的波浪运动研究[D]. 陈彧超.大连理工大学 2015
[2]波浪作用下玻璃钢浮标水动力特性的数值研究[D]. 孙斌.长沙理工大学 2011
[3]浮式防波堤的实验研究[D]. 陈力.上海交通大学 2008
本文编号：3498710
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