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原文传递带下挂消浪结构矩形浮式防波堤试验研究

论文题名：	带下挂消浪结构矩形浮式防波堤试验研究
关键词：	浮式防波堤;水动力特性;粒子图像测速;流场特征;消浪性能
摘要：	随着海洋开发逐渐走向深海，传统坐底式防波堤的建设难度及成本急剧增加。浮式防波堤拥有对水深变化不敏感、无须进行地基处理、对环境负面影响较小等优点，且允许水体交换，具有广阔的应用前景。在众多浮式防波堤结构型式中，矩形浮式防波堤因其结构简单、耐久性好和易维修等优点受到学者的广泛关注，但矩形浮式防波堤的单浮箱结构主要通过波浪反射实现消浪，通常需要较大堤宽和较深吃水，且对长周期波浪的消浪效果较差，在浮堤底部下挂消浪结构是增强其消浪性能且不显著提高工程造价的可行方案。　　本研究基于波浪水槽对下挂消浪结构矩形浮式防波堤的水动力特性及流场特性展开了物理模型试验研究，首先对下挂单、双列刚性栅栏和柔性幕帘消浪结构矩形浮式防波堤的水动力特性开展研究，重点分析了消浪结构长度、消浪结构开孔率、消浪结构安装位置和波高对于浮式防波堤消浪性能、运动响应和锚链力的影响；为探究浮式防波堤周围的流场特性及变化规律，随后采用粒子图像测速(ParticleImageVelocimetry,简称PIV)技术测量了下挂单列柔性幕帘矩形浮式防波堤迎浪向和背浪向的周围流场，对流场流速和涡量的历时演变开展了量化分析，并探讨了浮式防波堤纵摇运动响应与波能耗散间的关系。　　水动力试验结果表明：对于下挂单列消浪结构矩形浮式防波堤，当居中布置的下挂消浪结构长度较大(ls=21.3cm)时，其消浪性能在较小相对宽度范围(1/4＜W/L＜1/3)内明显提高，但迎浪向锚链力也显著增大，此时将下挂消浪结构设置为柔性幕帘可明显减小迎浪向锚链力；同时，前部和后部布置的下挂消浪结构均可显著提高浮式防波堤的消浪性能，其中前部布置的下挂消浪结构能增强波浪反射，而后部布置的下挂消浪结构可增强波能耗散。对于下挂双列消浪结构矩形浮式防波堤，下挂消浪结构长度和开孔率对其水动力特性影响显著；在较长周期波浪作用下，增大下挂消浪结构长度或减小下挂消浪结构开孔率均可显著提高浮式防波堤的消浪性能。此外，与下挂单列消浪结构相比，虽然下挂双列消浪结构明显增强对长周期波浪的消浪性能，但会降低对短周期波浪的消浪效果。　　PIV流场试验结果表明：浮式防波堤的迎浪向和背浪向流场特性与波浪运动以及浮式防波堤的纵摇运动响应密切相关，当波谷传播至浮式防波堤处，浮堤的逆时针纵摇使迎浪向流场中出现向左上方运动的射流；同时，浮式防波堤的纵摇运动响应显著影响迎浪向和背浪向流场中的旋涡发展过程，并与波能耗散具有较强的相关性，迎浪向和背浪向流场中的涡动强度相较差别不大，但旋涡的发展过程存在相位差。　　整体而言，下挂双列柔性幕帘矩形浮式防波堤能有效衰减长周期波浪，且具有相对较小的运动响应以及迎浪向锚链力，有望在深水码头掩护、海水养殖、海上生产活动临时掩护等领域取得广泛应用。
作者：	李金弟
专业：	水利工程
导师：	何方
授予学位：	硕士
授予学位单位：	浙江大学
学位年度：	2022