明基床上开孔沉箱波浪反射的研究

发布时间：2017-09-16 09:17

  本文关键词：明基床上开孔沉箱波浪反射的研究

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【摘要】：近年来随着港口建设向深水区发展,开孔沉箱作为新型港口形式和海岸防护结构物以其显著减小波能量、降低波浪对开孔沉箱作用并且工程造价相对较低等优点在建设工程上普及采用。开孔沉箱结构问世以来,国内外众多学者通过物模试验和数值模拟对波浪与开孔结构作用的反射系数进行了研究,前人研究成果或是从理论分析方面研究开孔沉箱反射系数,或是忽略明基床的渗流特性,均未考虑基床高度对开孔沉箱反射系数的影响,这与开孔沉箱通常修建在可渗水明基床上的实际工程存在应用差距,而目前明基床开孔沉箱消浪效果方面的试验研究成果尚鲜见报导。本文籍助二维波浪水槽物模试验,系统研究可渗水明基床上开孔沉箱在规则波和不规则波作用下波浪反射系数与其主要影响因素的相关关系。物模试验在大连理工大学海洋工程研究所海洋环境水槽内进行,试验采用工程范围内常用波要素作为本次试验波要素,波浪包括规则波和不规则波,其中不规则波采用改进的JONSWAP谱。在前人考虑消浪室相对宽度、相对水深、波陡、开孔率对反射系数的影响基础上,针对明基床开孔沉箱的工程应用,引入相对基床高度新的影响因素,试验工况设计不同的基床高度、消浪室宽度、开孔率、入射波高,通过控制单一变量分析各影响因素与反射系数的相关关系,进行了可渗水明基床上开孔沉箱和实体沉箱结构波浪反射的物模试验。采用多元回归给出明基床上开孔沉箱波浪反射系数的计算公式,研究表明相对消浪室宽度和相对基床高度与开孔沉箱反射系数呈非线性关系,且对开孔沉箱结构消浪效果影响较大。根据多元函数极值定理求解各影响因素的极值并和物模试验值对比验证,吻合良好。物模试验研究对明基床开孔沉箱的消浪机理进行了有益的探索,将本文明基床开孔沉箱结构的试验成果和其他学者同工况下的暗基床试验成果对比验证,表明本文明基床开孔沉箱反射系数研究成果对于暗基床条件同样适用,研究成果为工程设计及应用提供了一种简捷可靠的计算方法。最后本文利用基于CLEAR-VOF方法的数值水槽计算不可渗明基床上开孔沉箱的反射系数,并和相同工况下的物模试验值对比,以便探讨基床高度以及可渗基床对开孔沉箱结构反射系数的影响。研究发现基床可渗对开孔沉箱反射系数的影响不可忽略,且随着基床高度的增大而增强。
【关键词】：明基床 开孔沉箱 反射系数 规则波 不规则波 CLEAR-VOF方法
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U656;TV139.26
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 前言8-16
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究概况9-15
• 1.2.1 论分析研究方面10-11
• 1.2.2 物理模型试验方面11-13
• 1.2.3 数值模拟研究方面13-15
• 1.3 本文的主要研究工作15-16
• 2 物模试验概况16-23
• 2.1 试验设备和场地16
• 2.2 试验布置及物理模型16-18
• 2.2.1 试验模型16-18
• 2.2.2 浪高仪布置及数据采集18
• 2.3 物模试验波要素及模拟18-21
• 2.3.1 试验波要素18-20
• 2.3.2 波要素模拟结果对比20-21
• 2.4 物模试验方法21-23
• 3 规则波作用下明基床开孔沉箱反射系数的试验研究23-36
• 3.1 规则波作用下明基床实体沉箱和开孔沉箱反射系数的对比23
• 3.2 开孔沉箱反射系数的影响因素23-24
• 3.3 开孔沉箱反射系数与主要影响因素相关关系24-31
• 3.3.1 考察相对基床高度h_m/L对反射系数k_r的影响24-26
• 3.3.2 考察消浪室相对宽度bc/L对反射系数k_r的影响26-28
• 3.3.3 考察相对水深d/L对反射系数k_r的影响28-29
• 3.3.4 考察波陡H_i/L对反射系数k_r的影响29-30
• 3.3.5 考察开孔率μ对反射系数k_r的影响30-31
• 3.4 拟合反射系数计算公式并作极值分析31-33
• 3.5 明基床开孔沉箱反射系数计算式适用性论证33-34
• 3.6 本章结论34-36
• 4 不规则波作用下明基床开孔沉箱反射系数试验研究36-50
• 4.1 不规则波作用下明基床实体沉箱和开孔沉箱反射系数的对比36
• 4.2 开孔沉箱反射系数的影响因素36-37
• 4.3 开孔沉箱反射系数与主要影响因素相关关系37-44
• 4.3.1 考察相对基床高度h_m/L_(1/3)对反射系数K_r的影响37-39
• 4.3.2 考察消浪室相对宽度b_c/L_(1/3)对反射系数K_r的影响39-41
• 4.3.3 考察相对水深d/L_(1/3)对反射系数K_r的影响41-42
• 4.3.4 考察波陡H_(1/3)/L_(1/3)对反射系数K_r的影响42-43
• 4.3.5 考察开孔率μ对反射系数K_r的影响43-44
• 4.4 拟合反射系数计算公式并作极值分析44-47
• 4.5 明基床开孔沉箱反射系数计算式的适用性论证47-48
• 4.6 开孔沉箱在规则波和不规则波作用下的反射系数比较48
• 4.7 本章结论48-50
• 5 CLEAR-VOF数值模拟方法50-58
• 5.1 数值计算方法50-53
• 5.1.1 基本控制方程及其离散50-52
• 5.1.2 CLEAR-VOF捕捉自由表面技术52-53
• 5.2 建立数值波浪水槽53-58
• 5.2.1 数值水槽模型概况53-54
• 5.2.2 无反射造波验证54-55
• 5.2.3 粘性消波层验证55-56
• 5.2.4 线性波浪模拟56-58
• 6 数值模拟规则波与明基床开孔沉箱的相互作用58-65
• 6.1 明基床开孔沉箱模型概况58
• 6.2 数值实现及其计算方法58-59
• 6.3 数值计算结果和物模试验结果对比分析59-65
• 6.3.1 不同高度明基床上开孔沉箱前波面和反射系数的对比分析59-63
• 6.3.2 不同消浪室宽度的明基床开孔沉箱反射系数计算结果分析63-65
• 结论65-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

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本文编号：862181