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斜向波浪作用下双层水平板式防波堤消防浪性能试验研究

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中国科学：物理学、力学、天文学 2016年第2期46卷 88-101页

作者：顾倩张宁川大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连116024

基于物理模型试验,深入讨论了波浪入射角度、相对板宽、相对波高等因素对防波堤消浪效果的影响,并对不同影响因素下防波堤前后水域的波浪形态、透射、反射系数及波能衰减系数变化特征进行了比较和分析.试验结果表明,斜向入射波浪通过双... 详细信息

基于物理模型试验,深入讨论了波浪入射角度、相对板宽、相对波高等因素对防波堤消浪效果的影响,并对不同影响因素下防波堤前后水域的波浪形态、透射、反射系数及波能衰减系数变化特征进行了比较和分析.试验结果表明,斜向入射波浪通过双层水平板防波堤传播过程中,防波堤前后水域的波浪形态与波浪正向入射时有显著差别:相对板宽B/L≤0.5、波浪入射角q0_0≥30°条件下,堤前波浪具有显著的三维波浪特征,能量方向分布范围可达60°–90°,但其主方向可保持基本与入射波浪方向一致;堤后波浪主波向与入射波方向有所偏离,表明双层水平板防波堤对斜向波浪有折射作用,0_0≥45°条件下,堤后波浪主要能量方向分布范围可达90°以上.就消防浪性能而言,波浪斜向入射时,与正向入射比较,波能衰减系数(能量损耗)有所降低,但反射系数有所增大.在波浪入射方向为0°–60°试验范围内,综合防浪效果以30°为最佳,其他方向入射时透射系数与正向入射比较差别约±15%左右.

关键词：双层水平板式防波堤斜向波浪防浪性能模型试验

基于势流理论的跨海桥箱梁斜向波浪荷载作用研究

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桥梁建设 2022年第3期52卷 90-97页

作者：魏魁张彤黄博桥梁结构健康与安全国家重点实验室湖北武汉430034 中铁大桥局武汉桥梁特种技术有限公司湖北武汉430205 重庆交通大学重庆400074

为分析斜向波浪对跨海桥箱梁的影响,提出斜向波浪作用下跨海桥箱梁所受波浪荷载的理论计算方法。该方法基于势流理论建立斜向波浪-桥梁作用的数学模型,利用特征展开匹配法及伯努利原理计算箱梁所受的斜向波浪荷载。以平潭海峡公铁大桥... 详细信息

为分析斜向波浪对跨海桥箱梁的影响,提出斜向波浪作用下跨海桥箱梁所受波浪荷载的理论计算方法。该方法基于势流理论建立斜向波浪-桥梁作用的数学模型,利用特征展开匹配法及伯努利原理计算箱梁所受的斜向波浪荷载。以平潭海峡公铁大桥为背景,对比分析淹没状态下箱梁的无量纲波浪荷载理论计算值与水槽试验值,验证所提出理论计算方法的准确性,分析波浪入射角和结构几何特征参数对斜向波浪荷载的影响规律。结果表明:所提出的跨海桥箱梁斜向波浪荷载计算方法准确、高效;波浪入射角对箱梁所受波浪荷载有显著影响,由长周期波浪引起的垂直波浪荷载对入射角的变化更为敏感;在斜向波浪作用下,结构的几何特征对箱梁所受水平方向波浪荷载的影响更为显著。在跨海桥箱梁设计时,建议考虑结构尺寸与斜向波浪入射角对波浪荷载的影响,通过结构优化与合理的桥位布置来降低波浪荷载对桥梁上部结构的影响。

关键词：跨海桥梁箱形梁斜向波浪波浪荷载波浪入射角结构几何特征势流理论

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斜向波浪对斜坡堤胸墙作用力的试验研究

水运工程 2018年第1期 35-40页

作者：沈雨生孙忠滨周益人南京水利科学研究院河流海岸研究所江苏南京210024

斜坡堤胸墙的稳定性主要受到波浪作用的影响,而且实际工程中斜坡堤多受斜向波浪作用。通过斜向与正向不规则波对斜坡堤胸墙作用的物理模型试验研究,分析斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数随水位和波浪入射角度的变化规律,并... 详细信息

斜坡堤胸墙的稳定性主要受到波浪作用的影响,而且实际工程中斜坡堤多受斜向波浪作用。通过斜向与正向不规则波对斜坡堤胸墙作用的物理模型试验研究,分析斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数随水位和波浪入射角度的变化规律,并与斜向波浪对单元直立堤的作用情况进行对比。结果表明:斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数总体上随着水位的降低而变小,随着波浪入射角度的减小而变小;斜向波浪总浮托力的折减系数一般小于总水平力的折减系数;在不同水位和波浪入射角下,斜坡堤单个胸墙所受的斜向波浪总力的折减系数与单元直立堤有一定差别。

关键词：斜向波浪斜坡堤胸墙波浪总力折减系数模型试验

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斜向波浪作用下斜坡海床上管线受力特性研究

斜向波浪作用下斜坡海床上管线受力特性研究

作者：易蕾长沙理工大学

学位级别：硕士

海底管线在海洋油气资源开发中广泛应用,管线从外海沿着起伏不平的海床到近岸,波浪传播方向与管线轴线分析往往存在不同夹角,斜坡的存在及波浪传播方向的不同必然影响管线的受力和局部冲刷,直接关系到管线的安全运营。因此,研究近岸带... 详细信息

海底管线在海洋油气资源开发中广泛应用,管线从外海沿着起伏不平的海床到近岸,波浪传播方向与管线轴线分析往往存在不同夹角,斜坡的存在及波浪传播方向的不同必然影响管线的受力和局部冲刷,直接关系到管线的安全运营。因此,研究近岸带坡上管线表面所受波浪点压力和整体所受波浪力变化情况,将波浪力和冲刷结合研究斜向波浪作用下斜坡上管线受力特性具有重要的科学价值和实际意义。本文利用港池开展物理模型试验研究,在港池中选用中值粒径为0.219mm原型沙铺设1:15的斜坡,斜坡坡脚线与波浪传播方向夹角为45o。选择直径为0.048m的钢管作为管线模型,通过改变波要素、埋深、管线与斜坡坡脚线夹角θ等参数进行试验研究。试验结果表明:波浪斜向作用,管线表面各个位置所受波浪点压力不同,局部冲刷加剧,不同位置受力变化趋势不同。管线平铺于海床时,增大相对波高H/h或Kc数,发现管线表面所受点压力幅值的绝对值先增大后减小。以莫林森方程中的拖曳力系数CD、惯性力系数CM和上升力系数CL为基础,对管线截面所受波浪力分析。采用测力天平测量管线X、Y、Z三个方向所受到的波浪总力,发现X方向受力最大,Z方向次之,Y方向接近于零。在管线平铺、上岸两种情况中通过改变波要素、埋深对比总力变化趋势,发现上岸情况受力较大;随着管线与斜坡坡脚线夹角θ增大,三个方向受力幅值均先增大后减小,但取得最大值情况不同。同时埋深增大,X方向受力减小,Y、Z方向受力先增大后减小。对比管前、管后浪高,波浪经过管线发生能量损失,波浪首先传播接触左侧地形,产生反射波,三维冲刷地形呈现不均匀性。平衡冲刷深度和沿管线轴线方向点压力的联系:压力减小,冲刷深度变大。

关键词：斜坡波浪点压力斜向波浪管线总力冲刷深度

斜向波浪作用下斜坡海床上管道三维冲刷实验研究

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斜向波浪作用下斜坡海床上管道三维冲刷实验研究

作者：鲁显赫长沙理工大学

学位级别：硕士

近岸带海床起伏不平,波浪与管道轴线往往也并非正交,斜坡的存在及波浪传播方向的不同必然改变波浪对管道的三维冲刷特性,复杂的冲刷特性威胁着管道的安全运营。因此,深入研究近岸带斜向波浪作用下斜坡海床上海底管道的三维冲刷机理有着... 详细信息

近岸带海床起伏不平,波浪与管道轴线往往也并非正交,斜坡的存在及波浪传播方向的不同必然改变波浪对管道的三维冲刷特性,复杂的冲刷特性威胁着管道的安全运营。因此,深入研究近岸带斜向波浪作用下斜坡海床上海底管道的三维冲刷机理有着重要的科学价值和实际意义。本文在波浪港池中采用中值粒径为0.219mm的原型沙铺设与波浪传播方向呈45°夹角的斜坡,斜坡坡度为1:15。考虑不同波要素、不同波浪入射角、不同埋深时海底管道三维冲刷的变化情况,分析管道周围水动力特性、海床形态演变、三维冲刷发展过程和形状特性以及冲刷坑泥沙输移机制。研究结果表明:首先,波浪斜向传至海岸时,管道周围水动力特性会有明显的三维特征,管道沿程水深相同时,波浪传播方向的左侧波高略大于波浪传播方向的右侧波高,管道的存在增大了左右侧波高的差异;管道沿程所处水深不同时,水深较小处管道周围流速较大,管道的存在使管后流速大大增加。其次,海床演变也会有明显的不同,管道前后没有形成前后连通的冲刷坑时,由于管道对波浪的反射,管前会同时出现平行于管道的大沙纹和与波浪传播方向正交的小沙纹。再者,管道的局部冲刷也会有明显的三维冲刷特性,管道与波浪传播方向正交时,由于斜坡的复杂性,导致管道沿程所处水深不同,此时管道的局部冲刷会出现显著的不均衡性,周期对冲刷不均衡性的影响很大;改变管道角度使其沿程水深一致时,局部冲刷仍然有微弱的不均衡性,但是波高和周期基本不影响不均衡性的程度;通过对冲刷过程的分析,发现不均衡性是在冲刷的快速发展阶段形成的;最后,冲刷坑的输沙表现为非均匀输沙,管道周围床沙粗化程度最高的地方并不在管道的正下方,而在管道的后下方;周期增加,冲刷坑床沙粗化程度增大。

关键词：斜向波浪海底管道斜坡海床三维冲刷非均匀输沙冲刷发展

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斜向波作用下海底管道所受波浪力试验

斜向波作用下海底管道所受波浪力试验

斜向波与长棱柱型浮式结构物相互作用的边界元模拟

第十八届中国海洋（岸）工程学术讨论会

作者：唐雯程永舟黄筱云姜松廖敏长沙理工大学水利工程学院水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室

通过物理模型试验对斜向波浪作用下海底管道的受力进行了研究,并探讨了波浪入射角α、间隙比e/D和波高H改变时水平向和垂向波浪力的变化规律。结果表明:水平向和垂向波浪力大都呈周期性变化,并且在多数工况中水平波浪力幅值始终大于垂... 详细信息

通过物理模型试验对斜向波浪作用下海底管道的受力进行了研究,并探讨了波浪入射角α、间隙比e/D和波高H改变时水平向和垂向波浪力的变化规律。结果表明:水平向和垂向波浪力大都呈周期性变化,并且在多数工况中水平波浪力幅值始终大于垂向波浪力幅值。水平向和垂向波浪力均随波高的增大而增大。e/D和α同时发生变化时对波浪力的影响最大,当e/D在一定范围内改变时,波浪力随e/D的增大而增大,但作用角不同时波浪力的变化幅度和极大值发生位置存在差异,e/D增大到一定范围后,其变化已不再对波浪力产生影响;e/D不同时,波浪力随α的变化趋势与极大值发生位置也有所不同。

关键词：海底管道斜向波浪水平波浪力垂向波浪力

来源： cnki会议评论

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水利学报 2007年第9期38卷 1066-1072页

作者：郑永红沈永明游亚戈中国科学院广州能源研究所广东广州510640 大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116023

采用第二类变形Bessel函数对斜向线性入射波与任意截面形状的长棱柱型浮式海洋结构物的相互作用问题进行了边界元法模拟,给出了常数元和线性元的奇异积分处理方法以及开边界的处理方式。对矩形和圆形结构物的水动力系数和波浪力进行了计... 详细信息

采用第二类变形Bessel函数对斜向线性入射波与任意截面形状的长棱柱型浮式海洋结构物的相互作用问题进行了边界元法模拟,给出了常数元和线性元的奇异积分处理方法以及开边界的处理方式。对矩形和圆形结构物的水动力系数和波浪力进行了计算,并与解析解及有限元计算结果进行了比较。结果表明,本文方法能得到满意的结果,且未出现不规则频率现象。

关键词：斜向波浪浮式结构物边界元法水动力学系数波浪力

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生物附着对圆柱水动力特性的影响研究

生物附着对圆柱水动力特性的影响研究

作者：胡锐大连理工大学

学位级别：硕士

贻贝是一种常见的海上贝壳类生物,经常会附着在海上工程结构上,并且人工也会进行贻贝养殖。本文分析了贻贝附着在海上工程结构物之后,对工程结构物受力的影响,采用多孔介质对贻贝进行模拟,分析了圆柱结构表面附着贻贝串对其水动力特性... 详细信息

贻贝是一种常见的海上贝壳类生物,经常会附着在海上工程结构上,并且人工也会进行贻贝养殖。本文分析了贻贝附着在海上工程结构物之后,对工程结构物受力的影响,采用多孔介质对贻贝进行模拟,分析了圆柱结构表面附着贻贝串对其水动力特性的影响;此外,还分析了波浪作用下贻贝养殖场内部的波浪场的变化情况,具体如下:建立在低雷诺数稳流条件下,基于Navier-Stokes方程,采用Darcy-Forchhermer进行多孔介质模拟,将被贻贝附着的采油立管模拟为中心为实心圆柱、外围是均匀多孔介质的结构。并与现有实验数据进行对比,验证了水流与圆柱相互作用的数值模拟。文章分别对多孔介质包围的单根圆柱和三根圆柱进行了详细的数值模拟。在三根圆柱的工况下,对圆柱的受力和涡量场进行了分析。分析了在不同雷诺数、多孔介质厚度和圆柱间距的条件下圆柱的受力情况和周围流场情况。可以得到,不同流速、多孔介质厚度、圆柱间距对圆柱周围的二阶力和涡量相位有明显的影响。为了了解贻贝养殖场内部的波浪场分布和贻贝串的受力分布情况,本文还建立了多孔介质与波浪相互作用的数值模型,采用剪切应力输运k-ωSST湍流模型模拟贻贝流场内部和周围的波浪场,采用多孔介质模型模拟贻贝串,将贻贝养殖场模拟为由多孔圆柱组成的圆柱群。通过与现有实验数据的对比,验证了波浪与多孔介质相互作用的数值模拟。讨论了两个相邻的贻贝串之间的间距对作用在贻贝串上的力的影响,并分析了贻贝场与斜向入射波浪之间的相互作用。结果表明,随着间距的减小,下游贻贝串的阻力明显减小,当间距小于3D时,间距的变化对阻力的影响比较敏感。此外,在斜向入射波浪作用下,贻贝养殖场的波浪力较小,并且贻贝养殖场的最大拖曳力在斜波α=30°的情况下与α=0°相比较下降了24.6%。本课题建立了水流、波浪与多孔介质相互作用的数值模型,为模拟海上贻贝对海洋工程结构物水动力的影响奠定了一定的基础。波流与多孔介质相互作用的是个十分复杂的问题,研究该课题对于海岸和近海工程具有重要的理论意义和工程应用价值。

关键词： Navier-Stokes方程多孔介质涡量场力斜向波浪