新型直立式消浪护岸结构的试验与数值研究

发布时间：2017-08-17 04:08

  本文关键词：新型直立式消浪护岸结构的试验与数值研究

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【摘要】：随着沿海地区的经济飞速发展,深水岸线等资源越来越稀缺,人们日益关注人工岛的开发建设。相对于码头和防波堤的建造条件,人工岛的自然环境如风、波和流等更加复杂,所以人工岛护岸结构的建造必须考虑更多的方面,如极端条件下的水深和波浪、结构整体性较好、易于建造、护岸结构建成后较美观以及对环境影响小等。直立式消浪护岸对地基强度有一定的要求,但实际占用的面积相对较小,同时直立式消浪护岸结构通常进行整体预制安装施工,建造时间相应较短,结构所用的材料也有可能较少,另外直立式消浪护岸比较整齐一致,所以直立式消浪护岸结构作为人工岛岛壁结构应用越来越广泛。本文提出新型直立式消浪护岸结构,考虑改变开孔沉箱上部结构型式,在上部设置斜坡板阻拦水质点的上下运动,使部分波浪沿斜坡板爬高并越浪至后方消浪室内,希望能够起到削弱波浪的能量,减小波浪反射的作用。本文通过理论分析、物模试验以及数模研究等方面对直立式消浪护岸结构对波浪的消减效果进行分析研究,同时研究不同结构参数和波浪要素条件下,结构物前波浪反射系数的变化。在理论方面,总结分析了国内外学者对直立式消浪护岸结构反射系数、波浪破碎类型、波浪爬高以及消浪形式与机理的研究。在物理模型试验方面,本文主要分析了新型直立式消浪护岸结构消浪室纵深比、水深、斜坡板超高及斜坡板坡度对护岸结构反射系数的影响。在数值模拟方面,本文主要利用FLOW-3D软件对新型直立式消浪护岸结构进行了二维数值模拟,观察分析数值模拟过程,进一步研究该护岸结构的消减波浪的过程。分析比较数模结果和物模结果,发现反射系数有类似的变化趋势,数模结果比物模结果略大。另外选择波浪消减作用相对较佳的结构就消浪作用同透空式结构进行比较,结果发现新型护岸结构的消浪效果较好。本文结合实际情况对模型进行了改进,将消浪室分为两个仓室,斜坡结构整体预制并安放在前仓室上方,对改进后的结构进行了数值模拟,改进后结构反射率相对于原模型的整体趋势相似,也具有较好的消浪性能。
【关键词】：直立式消浪护岸结构 反射系数 试验研究 数值模拟
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U656.3
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 直立式消浪护岸的发展11-15
• 1.3 直立式消浪护岸的消浪机理及优势15-16
• 1.4 国内外研究现状16-21
• 1.4.1 理论分析方面16-17
• 1.4.2 数值模拟方面17-18
• 1.4.3 物理模型试验方面18-21
• 1.5 本文研究内容和路线21-22
• 2 相关的理论研究22-28
• 2.1 对反射系数的相关研究22-23
• 2.2 破碎波类型23-24
• 2.3 波浪爬高24-25
• 2.4 消波形式及机理25-28
• 3 物理模型试验28-37
• 3.1 引言28
• 3.2 试验相似定律28-29
• 3.3 试验系统设计29-33
• 3.3.1 造波系统29-31
• 3.3.2 试验模型系统31-32
• 3.3.3 试验数据采集系统32-33
• 3.4 试验方案设计33-37
• 3.4.1 试验参数33
• 3.4.2 试验组次33-36
• 3.4.3 试验内容及方法步骤36-37
• 4 物理模型试验数据分析37-54
• 4.1 反射系数与消浪室纵深比的关系37-41
• 4.2 反射系数与水深的关系41-45
• 4.3 反射系数与斜坡板底超高的关系45-49
• 4.4 反射系数与斜坡板坡度的关系49-53
• 4.5 小结53-54
• 5 数值模拟分析54-79
• 5.1 模型简介54-65
• 5.1.1 波浪运动控制方程54-56
• 5.1.2 流体界面与自由表面56-57
• 5.1.3 障碍物处理方法57-58
• 5.1.4 紊流模型58-59
• 5.1.5 网格处理方法59-60
• 5.1.6 控制方程的离散与求解60-61
• 5.1.7 边界条件和初始条件61-65
• 5.2 数值模拟计算流程65-66
• 5.3 数值模型的建立66-67
• 5.4 数值模型验证67-70
• 5.5 消波过程分析70-71
• 5.6 数值模拟与物理模型试验结果对比分析71-72
• 5.6.1 消浪室纵深比与反射系数拟合关系对比分析71-72
• 5.6.2 波陡与反射系数拟合关系对比分析72
• 5.7 不同周期波浪数值结果分析72-76
• 5.8 不同入射波高数值结果分析76-77
• 5.9 两种形式结构消浪效果对比77-78
• 5.10 结构形式改进78-79
• 6 结论与展望79-81
• 6.1 结论79-80
• 6.2 展望80-81
• 参考文献81-85
• 附录85

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本文编号：687016