实验室海绵材料的长波消波性能研究

发布时间：2020-05-22 15:47

【摘要】：随着人们对于海洋环境和海岸资源的开发和利用,对波浪的研究也随之愈发深入,而波浪的物理模型实验则成为了一种很好的研究波浪在不同环境下各项性能的重要手段。在实验室波浪水槽中所进行波浪实验,常常会研究较长周期波浪的各项性能,而由于长周期波浪具有较快的波速和较大的波长,导致波浪在现有的实验室消波装置中反射系数和透射系数均较大,在消波装置中能量耗散较小,消波效果很差,对波浪的物理模型实验的最终结果会造成较大的影响,严重影响实验室水槽精度,而且在波浪实验中往往需要更长时间的等水时长,因此而延长了实验周期。因此,研究实验室水槽中对较长周期的波浪进行消波作用,以及选用新材料进行消波具有十分重要的现实意义和实用价值。本文提出了一种运用软质聚氨酯海绵构成的新型斜坡式实验室消波装置,并研究了在不同周期和波高下装置的反射系数、透射系数以及能量耗散系数,经实验结果可知,海绵材料的消波性能相对于传统消波材料而言,其消波能力随周期变化影响较小,在实验室中进行较长周期波浪实验时,同样能够具有良好的消波效果。此外,本文还从孔隙率、海绵层数、海绵层间距等方面研究了影响该装置消波能力的各项因素,经实验结果可知,该装置为单层结构、海绵层间距为12cm时,孔隙率由大到小变化时,消波装置的反射系数、透射系数均较小,能量耗散作用较为明显。另外,因为海绵材料对波浪的能量耗散效果较好,所以其对于模型实验的等水时长有着较为明显的减少,尤其是对长周期波浪而言,其等水时长能够控制在4min以内,有助于减少实验周期。最后,运用Flow-3D软件对软质聚氨酯海绵消波结构进行了数值模拟,根据物理模型实验得出的实验数据,计算得出聚氨酯海绵在数值模拟中的各项参数,并验证了该结构的消波效果,根据反射系数的对比发现,本文提出的消波结构是优于数值模拟中常用的消波结构的,这是因为间隔地设置海绵能够给流体更充分的耗散能量的空间。当然,采用整块的孔隙结构在操作上比较简便,在对消波要求不高时可减少前处理工作量。但是对于消波要求高的情形,本文的结构可作为一个不错的参考。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV139.25

【参考文献】