基于OpenFOAM的弧板式透空堤水动力特性数值研究
发布时间：2022-01-03 06:38
为探讨一种弧板式透空堤的水动力特性,基于OpenFOAM建立了波浪与弧板式透空堤相互作用数值模型,探讨了弧板式透空堤的消浪特性、压强特性及流场分布情况.结果表明:本次数值试验范围内,波浪对弧板式透空堤的透射系数随相对板宽的增大而减小,反射系数则相反.弧板式透空堤上下表面所受波浪正压强与负压强分布呈现对称特性,且大部分工况下的波浪压强极值发生在结构物偏迎浪向一侧的测点位置处.弧板式透空堤位于静水面及以上时,消浪效果明显优于其位于静水面以下.弧板式透空堤对其周围流场影响显著,在其迎浪向与背浪向位置均产生较为明显的漩涡.
【文章来源】：厦门大学学报(自然科学版). 2020,59(03)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
空水槽数值模型
试验水深h=0.6m时，对所造波高H=0.1m、周期T=1.2s的规则波的波面高度η进行数值模拟．由图2可知，当网格加密2次时，其波面峰值高于加密0次和1次，与加密3次的波面峰值近乎吻合．因此，为提高计算效率，首先对全区域采用尺度为0.1m×0.02m×0.02m（长×宽×高）的网格进行划分；再对z方向静水面上下0.12m的区间、x方向自推板至离推板8.4m的区间内设置加密区，对加密区局部网格加密2次后尺度为0.025m×0.005m×0.005m（长×宽×高）．
在二相流体不可压缩的假定条件下，分别利用基于二阶Stokes波浪理论和OpenFOAM对上述工况下的规则波进行数值模拟．在距离造波位置x分别为2.0,4.0,9.0,11.7m处利用数值模拟浪高仪监测两者的结果．结果表明（图3):OpenFOAM的计算结果在流体区域#1′（x=2.0 m）和#2′浪高仪（x=4.0m）位置处，浪高仪测得的波面高程随时间的推移不断增大直至稳定；x=2.0m位置处由于更靠近推板，首先达到稳定，随后x=4.0m位置处波面亦达到稳定，并均与Stokes波浪理论的计算值吻合良好，能够在所设定的数值水槽内产生持续稳定可靠的规则波浪．在消波段起始位置即#3′浪高仪（x=9.0m）位置处，利用OpenFOAM计算得到的波面峰值明显小于Stokes波浪理论计算值，说明此处刚进入阻尼消波区，波面有明显减小趋势．至消波区末端#4′浪高仪（x=11.7m）位置处，利用OpenFOAM计算得到波面高程趋近于零，说明数值阻尼消波层可以有效消去水槽末端波浪，本文所建立数值水槽模型可用于模拟不同工况下的数值计算．3 水动力特性分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]弧板式透空堤消浪性能影响因素数值研究[J]. 吴瑶瑶,李雪艳,王庆,朱小松,郭为军,董大利,路大卫. 海洋工程. 2019(02)
[2]规则波作用下透空格栅板式防波堤波浪力试验研究[J]. 程永舟,常佳夫,杨小桦,黄筱云. 海洋通报. 2016(06)
[3]水下上弧形板结构的水动力特性研究[J]. 王科,施鹏飞,陈彧超,边疆,信晗,程小明. 船舶力学. 2016(05)
[4]潜式双层水平板型防波堤的数值研究[J]. 李靖波,张宁川,刘爱珍. 水道港口. 2014(04)
[5]圆弧板透空式防波堤消波性能试验研究[J]. 潘春昌,王国玉,任冰,王永学. 海洋工程. 2014(04)
[6]一种新型透空式防波堤水动力特性试验研究[J]. 陈旭达,张宁川. 水道港口. 2011(01)
[7]多层水平板衰减波浪的影响因素分析[J]. 王国玉,刘丹,任冰,王永学. 水利水电科技进展. 2011(01)
[8]双层水平板型透空式防波堤消波性能试验研究[J]. 唐琰林,张宁川,刘爱珍. 水道港口. 2006(05)
[9]圆弧面防波堤波浪力初步研究[J]. 谢世楞,李炎保,吴永强,谷汉斌. 海洋工程. 2006(01)
[10]Study on the Interaction of Water Waves with Semi-Circular Breakwater[J]. JIA Donghua Engineer, The First Design Institute of Navigation Engineering, Ministry of Communications of China, Tianjin 300222, P. R. China.. China Ocean Engineering. 1999(01)
硕士论文
[1]淹没情况下半圆形防波堤的数值模拟和实验研究[D]. 李建平.大连理工大学 2001
本文编号：3565772
【文章来源】：厦门大学学报(自然科学版). 2020,59(03)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
空水槽数值模型
试验水深h=0.6m时，对所造波高H=0.1m、周期T=1.2s的规则波的波面高度η进行数值模拟．由图2可知，当网格加密2次时，其波面峰值高于加密0次和1次，与加密3次的波面峰值近乎吻合．因此，为提高计算效率，首先对全区域采用尺度为0.1m×0.02m×0.02m（长×宽×高）的网格进行划分；再对z方向静水面上下0.12m的区间、x方向自推板至离推板8.4m的区间内设置加密区，对加密区局部网格加密2次后尺度为0.025m×0.005m×0.005m（长×宽×高）．
在二相流体不可压缩的假定条件下，分别利用基于二阶Stokes波浪理论和OpenFOAM对上述工况下的规则波进行数值模拟．在距离造波位置x分别为2.0,4.0,9.0,11.7m处利用数值模拟浪高仪监测两者的结果．结果表明（图3):OpenFOAM的计算结果在流体区域#1′（x=2.0 m）和#2′浪高仪（x=4.0m）位置处，浪高仪测得的波面高程随时间的推移不断增大直至稳定；x=2.0m位置处由于更靠近推板，首先达到稳定，随后x=4.0m位置处波面亦达到稳定，并均与Stokes波浪理论的计算值吻合良好，能够在所设定的数值水槽内产生持续稳定可靠的规则波浪．在消波段起始位置即#3′浪高仪（x=9.0m）位置处，利用OpenFOAM计算得到的波面峰值明显小于Stokes波浪理论计算值，说明此处刚进入阻尼消波区，波面有明显减小趋势．至消波区末端#4′浪高仪（x=11.7m）位置处，利用OpenFOAM计算得到波面高程趋近于零，说明数值阻尼消波层可以有效消去水槽末端波浪，本文所建立数值水槽模型可用于模拟不同工况下的数值计算．3 水动力特性分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]弧板式透空堤消浪性能影响因素数值研究[J]. 吴瑶瑶,李雪艳,王庆,朱小松,郭为军,董大利,路大卫. 海洋工程. 2019(02)
[2]规则波作用下透空格栅板式防波堤波浪力试验研究[J]. 程永舟,常佳夫,杨小桦,黄筱云. 海洋通报. 2016(06)
[3]水下上弧形板结构的水动力特性研究[J]. 王科,施鹏飞,陈彧超,边疆,信晗,程小明. 船舶力学. 2016(05)
[4]潜式双层水平板型防波堤的数值研究[J]. 李靖波,张宁川,刘爱珍. 水道港口. 2014(04)
[5]圆弧板透空式防波堤消波性能试验研究[J]. 潘春昌,王国玉,任冰,王永学. 海洋工程. 2014(04)
[6]一种新型透空式防波堤水动力特性试验研究[J]. 陈旭达,张宁川. 水道港口. 2011(01)
[7]多层水平板衰减波浪的影响因素分析[J]. 王国玉,刘丹,任冰,王永学. 水利水电科技进展. 2011(01)
[8]双层水平板型透空式防波堤消波性能试验研究[J]. 唐琰林,张宁川,刘爱珍. 水道港口. 2006(05)
[9]圆弧面防波堤波浪力初步研究[J]. 谢世楞,李炎保,吴永强,谷汉斌. 海洋工程. 2006(01)
[10]Study on the Interaction of Water Waves with Semi-Circular Breakwater[J]. JIA Donghua Engineer, The First Design Institute of Navigation Engineering, Ministry of Communications of China, Tianjin 300222, P. R. China.. China Ocean Engineering. 1999(01)
硕士论文
[1]淹没情况下半圆形防波堤的数值模拟和实验研究[D]. 李建平.大连理工大学 2001
本文编号：3565772
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiaotonggongchenglunwen/3565772.html
