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基于Savonius桨叶的新型浮式防波堤消波捕能性能研究
| 论文题名： | 基于Savonius桨叶的新型浮式防波堤消波捕能性能研究 |
| 关键词： | Savonius型桨叶;浮式防波堤;消波性能;捕能性能 |
| 摘要： | 防波堤是一种重要的海洋防护工程结构物，具有抵御波浪的的作用，可保护水域内船舶、海洋养殖设施和其他海洋结构物的安全。传统的防波堤为坐底式防波堤，消波性能优秀，不过其造价昂贵，对地基要求高，易导致淤泥堆积。与传统坐底式防波堤相比，浮式防波堤具有结构功能多样化，工程造价低，易于安装和拆卸，允许水质点交换，不会对环境造成污染和影响生态环境等特点，已受到越来越多学者和研究人员的关注。本文在双浮筒式防波堤的基础上布置安装了Savonius桨叶，对该新型防波堤的消波性能、捕能性能以及系泊力进行了研究。主要研究内容包括： 1、基于粘性流体理论，采用STAR-CCM+软件，对规则波进行数值模拟并将波浪计算值和理论值进行对比，验证了数值波浪水槽的正确性。在此基础上，根据边界造波法原理及阻尼消波原理，建立Savonius浮式防波堤的三维数值模型，采用湍流模型，重叠网格技术，六自由度运动模型，VOF自由液面捕捉技术在计算域内进行气液两相流计算，计算透射系数，反射系数，系泊力以及监测桨叶捕能性能。 2、根据STAR-CCM+的数值模拟情况，结合实验场地工况设计并制造基于Savonius型桨叶的浮式防波堤，桨叶悬挂于双浮管浮体下，实现了水面以下波浪能的捕获。通过组合Savonius型桨叶增加了浮式防波堤整体惯性矩，提升了消波性能。 3、提出了基于Savonius型桨叶的浮式防波堤的方案，确定系泊方式，设计传动机构，通过物理实验对传统双浮筒式防波堤以及新型Savonius防波堤进行消波性能以及捕能性能的对照分析。结果表明，双排Savonius桨叶组的新型浮式防波堤增大了消波的截面，对于短周期波消波性能优异，捕能功率受波浪周期影响明显，在最佳捕能区间系泊力有明显下降。 4、基于数值波浪水槽和物理实验模型对Savonius型桨叶的浮式防波堤结构参数进行了优化研究，包括桨叶尺寸以及入水深度，先通过调节安装位置获得桨叶最佳入水深度再通过改变桨叶尺寸研究柔性防波堤在不同波浪工况下的捕能性能以及消波性能。结果表明，在相对入水深度为0.65D时，桨叶处于最佳捕能区间。当波浪周期与桨叶转动周期相近时，具有较好的捕能效果。随着入射波周期的增大，应适当增加桨叶尺寸。 |
| 作者： | 龚凯 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 刘祚时 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江西理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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