原文传递
规则波作用下多层竖直开槽板水动力特性数值模拟
| 论文题名： | 规则波作用下多层竖直开槽板水动力特性数值模拟 |
| 关键词： | 消波结构;多层竖直开槽板;消波性能;水动力特性 |
| 摘要： | 多层竖直开槽板是一种新型环保型消波结构，主要应用于港口、游艇码头，该消波结构由具有一定间距的多层竖直开槽板组成，与传统防波堤等消波结构相比具备很多突出优点：由于结构进行了开槽处理，允许水体在结构物两侧进行自由交换，保护了生态环境；结构形式简单，便于施工安装；占地面积小，可有效提升港口码头内部空间，工程造价低。目前对于此结构形式的研究较少，开展规则波作用下多层竖直开槽板消波效果及水动力特性研究与分析对于工程实际应用具有现实意义。 本文采用数值模拟，基于开源软件OpenFOAM并采用有限体积法和流体体积法建立了数值波浪水槽，将规则波与挡板透空式结构及开槽板结构相互作用的数值模拟结果与物理模型实验结果进行对比，证明了本文所创建数值波浪水槽的准确性。数值波浪水槽能够有效模拟规则波与多层竖直开槽板作用时的波面变化、波压力及流场信息。 基于数学模型，研究了多层竖直开槽板的消波效果，计算了多层竖直开槽板在不同波要素、不同间距、不同层数及不同孔隙率时的透、反射系数和能量损失系数，分析了透、反射系数和能量损失系数随相对水深h/L、相对波高h/H的变化。计算结果表明：多层竖直开槽板具有良好的消波效果；随着相对波高H/h的增大，反射系数及能量损失系数增大，透射系数减小；随着多层竖直开槽板层数的增加，反射系数变化不大，透射系数降低，能量损失系数增大，当开槽板层数大于5时，层数的持续增加不会使反射系数进一步降低；结构物表现出较强的波浪能量衰减特性。 为进一步研究开槽板的消波机理，对结构物周围流场矢量图、流线图、波能流分布规律和波压力分布情况进行了分析。水流经过开槽板，结构物周围及内部产生了不同数量及不同大小的水流旋涡，波浪发生破碎，这些现象是开槽板消波的主要机理。波浪经过开槽板时不同断面波能流呈现不同的分布规律：随着开槽板层数的增加，结构物背浪向波能流逐渐减小，消波能力逐渐提高，当开槽板层数n为6时，波能流最大可衰减93%；随着孔隙率的增加，透过结构物的波浪增加，开槽板背浪向波能流逐渐增大，结构物消波效果降低。开槽板不同位置处波压力分布表明：波压力在迎浪向一侧较大，从迎浪向往后逐渐降低；作用在开槽板上的波压力从水面到水底逐渐降低；通常情况下，波压力随相对水深h/L的增加而减小，相对波高H/h的变化对波压力的影响较小；随着开槽板层数增加，开槽板最后一层上的波压力逐渐减小，随着结构物孔隙率的增加，作用在开槽板上的波压力逐渐减小，结构物周围流场的变化决定了开槽板上波压力的变化。 |
| 作者： | 金世义 |
| 专业： | 水利工程 |
| 导师： | 王国玉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
