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波浪水槽消波装置开发及性能研究

波浪水槽消波装置开发及性能研究

作者：张鑫哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

波浪水槽是进行波浪相关研究的重要场所,其中,消波装置是放于波浪水槽中用于消除波能,防止反射波影响试验成果的重要设备。不同消波装置的消波效果不同,而消波性能的好坏会直接影响到波浪水槽试验的精度。目前有关波浪水槽内消波装置的... 详细信息

波浪水槽是进行波浪相关研究的重要场所,其中,消波装置是放于波浪水槽中用于消除波能,防止反射波影响试验成果的重要设备。不同消波装置的消波效果不同,而消波性能的好坏会直接影响到波浪水槽试验的精度。目前有关波浪水槽内消波装置的试验研究资料较为匮乏,所以有必要开发研究新型消波装置,更好地为水槽内的波浪试验提供接近实际情况的工作环境。通过对目前应用的五种主要消波形式,如铁丝网阵、箱式消波、圆弧形消波、多层水平板透空式防波及透空管式消波的消波特性及原理进行分析和总结,研发了一种新的消波装置,并根据其工作原理及基本结构形式命名为变孔径倾斜孔板消波装置。变孔径倾斜孔板消波装置虽然是针对波浪水槽消波问题提出的,但是其工作原理和基本结构形式经进一步开发后可以在未来作为一种新型的透空堤应用于海岸的防波工程。在哈尔滨工程大学船舶与海洋工程力学基础实验室的波浪水槽中,对所研发的变孔径孔板式消波装置进行了模型实验,试验时在消波装置前后布设浪高仪测量波高和周期,采用两点法对消波装置前面的波浪进行分离获得反射波成分,通过反射波、透射波和入射波的比较得出反射系数、透射系数以及相应的消波系数。试验内容包括:孔板间距、倾斜角度、水深、波长、周期和波高的变化对消波系数、反射系数、透射系数的影响。分析研究变孔径孔板式消波装置消波效果与其它类型消波装置消波效果的优劣和特点。给出变孔径孔板式消波装置特性曲线和数据,研究发现:变孔径倾斜孔板消波装置的消波能力随着波长的增大而降低,随着波高的增大而提升;试验范围内,孔板倾角越小,相对入水深度越深,消波装置的消波性能越好;装置板间距的适当减小能够更好的消除波长短、波高大的波浪波能;将消波装置安放水槽端部能够起到很好的消波效果,其反射系数和透射系数大于消波装置安放水槽中部时;变孔径倾斜孔板消波装置与其他类型消波结构相比,在消波能力和适应性方面存在明显的优势。

关键词：波浪水槽变孔径倾斜孔板消波装置模型试验消波效果

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基于SPH-ALE方法的波浪水槽数值模拟

水利水电科技进展 2016年第6期36卷 39-43页

作者：李雪临路宽韩林生王静王花梅石建军朱锐国家海洋技术中心天津300112

为了精确模拟波浪传播,基于光滑粒子流体动力学及任意拉格朗日欧拉(SPH-ALE)方法建立二维数值波浪水槽,在原SPH方法中引入近似黎曼求解器替代人工黏性项,采用排斥力边界条件防止流体粒子穿透固边界,海绵层内采用指数型衰减函数来消除水... 详细信息

为了精确模拟波浪传播,基于光滑粒子流体动力学及任意拉格朗日欧拉(SPH-ALE)方法建立二维数值波浪水槽,在原SPH方法中引入近似黎曼求解器替代人工黏性项,采用排斥力边界条件防止流体粒子穿透固边界,海绵层内采用指数型衰减函数来消除水槽末端的波浪反射,并对规则波的传播进行数值模拟。结果表明:与采用人工黏性项的原SPH方法相比,SPH-ALE方法能够无衰减地模拟波浪传播,并可有效减小固边界附近的粒子压力振荡。

关键词：波浪传播光滑粒子流体动力学任意拉格朗日欧拉方法数值模拟波浪水槽排斥力边界条件海绵层

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小型推板式波浪水槽的性能测试分析

武汉理工大学学报（交通科学与工程版） 2017年第6期41卷 995-998页

作者：盘俊吴静萍姜曼松郑晓伟赵小仨武汉理工大学交通学院武汉430063 武汉理工大学绿色船舶与海工装备技术研究中心武汉430063

波浪水槽是研究波浪运动及其与结构物相互作用问题的试验设备,其造波的重复性、稳定性和沿程衰减程度会影响试验方案设计和所采用的试验结果分析方法.文中结合武汉理工大学交通学院流体力学试验室新改建的小型推板式波浪水槽,展开了水... 详细信息

波浪水槽是研究波浪运动及其与结构物相互作用问题的试验设备,其造波的重复性、稳定性和沿程衰减程度会影响试验方案设计和所采用的试验结果分析方法.文中结合武汉理工大学交通学院流体力学试验室新改建的小型推板式波浪水槽,展开了水槽造波性能测试分析,主要涉及规则波的波高和周期的重复性、稳定性,以及波高沿程衰减程度.结果表明,水槽造波的波高和波周期的重复性与稳定性误差,以及单位距离波高沿程衰减程度均较小.

关键词：波浪水槽推板式造波重复性稳定性

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基于OpenFOAM的数值波浪水槽研究

复旦学报（自然科学版） 2015年第3期54卷 373-378,385页

作者：刘秀丽段梦兰高攀钟超复旦大学力学与工程科学系上海200433 北京高泰深海技术有限公司北京100011

使用设置造波边界法和质量源造波法建立了数值波浪水槽,采用阻尼消波法进行消波.设置造波边界法根据行波的解析解或数值解来给定边界上的流速和波高值.质量源造波法是在水槽中特定位置,将质量源项加入到质量守恒方程中.使用该数值水槽... 详细信息

使用设置造波边界法和质量源造波法建立了数值波浪水槽,采用阻尼消波法进行消波.设置造波边界法根据行波的解析解或数值解来给定边界上的流速和波高值.质量源造波法是在水槽中特定位置,将质量源项加入到质量守恒方程中.使用该数值水槽模拟了线性波浪和二阶Stokes波,并与理论解进行了对比,结果显示两种造波方法都能有效模拟行波.设置造波边界法必须指定速度和波面边界,不适用于波流相互作用等边界未知的情况,而源造波法则能适用.但是由于源造波法需要在两端设定造波区域,计算区域更大,其造波效率低于设置造波边界法.

关键词：数值造波数值消波波浪水槽流体体积函数法(VOF)

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波浪水槽自动加风系统设计

浙江水利科技 2018年第6期46卷 32-35页

作者：王永举浙江水利河口研究院浙江杭州310020

阐述设计研制一种波浪水槽自动加风系统,能够实现自动加风、实时采集数据、监测风机及变频器的运行状态。此系统采用变频器控制大功率轴流风机造风,通过风速传感器监测反馈风速,利用上位机软件实时控制,该套系统即可输出可变风谱,也可... 详细信息

阐述设计研制一种波浪水槽自动加风系统,能够实现自动加风、实时采集数据、监测风机及变频器的运行状态。此系统采用变频器控制大功率轴流风机造风,通过风速传感器监测反馈风速,利用上位机软件实时控制,该套系统即可输出可变风谱,也可以输出定常风速,风速控制快速稳定,造风精度高,且具备完善的数据存储功能,为波浪水槽加风试验提供精确的风速基础数据,使波浪水槽加风更加逼近真实的工程情况。

关键词：加风波浪水槽可变风谱变频器轴流风机

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非线性波浪水槽内波浪的产生和传播(英文)

船舶力学 2010年第3期14卷 203-216页

作者：赵西增孙昭晨梁书秀大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

文章在波浪水槽内通过数值模拟和物理实验相结合的方式,研究了波浪的产生和传播问题。在高阶谱计算模型中引入数值造波边界条件,建立了非周期谱波浪水槽。基于该水槽研究了具有不同波要素波浪的产生和传播问题,通过与理论解的比较验证... 详细信息

文章在波浪水槽内通过数值模拟和物理实验相结合的方式,研究了波浪的产生和传播问题。在高阶谱计算模型中引入数值造波边界条件,建立了非周期谱波浪水槽。基于该水槽研究了具有不同波要素波浪的产生和传播问题,通过与理论解的比较验证了数值结果的正确性。结果表明线性波浪理论可预测具有较小Ursell数波浪的传播,而随着Ursell数的增大,波浪的运动可用二阶波浪理论解来描述。最后通过数值模拟结果和实验结果比较,验证了数值水槽的有效性,分析表明,波面升高及其对应振幅谱的计算结果与实验数据吻合较好。

关键词：非线性波高阶谱方法造波边界 FFTs 波浪水槽

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国内外模拟溢油波浪水槽的最新研究进展

海洋开发与管理 2017年第4期34卷 81-87页

作者：王巧敏严志宇孙冰刘慧大连海事大学环境科学与工程学院大连116026

利用模拟设备模拟海面真实溢油情景是研究溢油分散、污染损害评估及其组成变化特征最方便、快捷的方式,因此模拟设备的水体环境越贴近海洋实际,研究数据越真实可靠。文章对国内外模拟溢油的波浪水槽进行详细评述,主要包括美国国家溢油... 详细信息

利用模拟设备模拟海面真实溢油情景是研究溢油分散、污染损害评估及其组成变化特征最方便、快捷的方式,因此模拟设备的水体环境越贴近海洋实际,研究数据越真实可靠。文章对国内外模拟溢油的波浪水槽进行详细评述,主要包括美国国家溢油应急测试机构建立的Ohmsett波浪水槽、加拿大贝德福德海洋学研究所的波浪水槽、挪威科技工业研究院的波浪水槽和国内比较典型并已有相关报道的深圳市计量质量检测研究院的海上溢油风化模拟系统。通过对以上最具代表性的国内外波浪水槽的介绍、分析和比较,借鉴国外研究经验,对我国模拟溢油波浪水槽的建构提出建议,旨在为溢油研究工作者提供多种可参考的波浪水槽设备,完善现有模拟设备的不足。

关键词：溢油波浪水槽实验模拟

基于SPH方法的二维数值波浪水槽消波方法的研究

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大连大学学报 2016年第3期37卷 25-29页

作者：王驰陈昌平郑艳娜李婧文大连海洋大学辽宁大连116023

基于SPH方法建立二维波浪控制方程,依据黎曼求解原理,引入消波系数及阻力系数,修正了水槽末端粒子压力与速度,使进入消波层区域内的粒子能量迅速衰减并趋于平缓,成功的解决了水槽末端波浪反射的问题。通过比较数值水槽中固定测点的波面... 详细信息

基于SPH方法建立二维波浪控制方程,依据黎曼求解原理,引入消波系数及阻力系数,修正了水槽末端粒子压力与速度,使进入消波层区域内的粒子能量迅速衰减并趋于平缓,成功的解决了水槽末端波浪反射的问题。通过比较数值水槽中固定测点的波面线与理论波面线变化情况,验证了采用压力消波方法可以较好地模拟二维数值波浪水槽。

关键词： SPH方法波浪水槽压力消波消波系数阻力系数

基于数值波浪水槽的滨海桥梁极端波浪力参数分析

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公路交通技术 2024年第2期40卷 116-122页

作者：孙洪水河北交通投资集团有限公司石家庄050000

为探究波浪冲击桥梁上部结构时,波浪的演变状态对桥梁受力的影响以及不同波浪参数下桥梁上部结构的受力演变规律,开展了基于数值波浪水槽的滨海桥梁极端波浪力计算与参数分析研究,并以一座典型滨海桥梁为工程案例,利用流体数值计算分析... 详细信息

为探究波浪冲击桥梁上部结构时,波浪的演变状态对桥梁受力的影响以及不同波浪参数下桥梁上部结构的受力演变规律,开展了基于数值波浪水槽的滨海桥梁极端波浪力计算与参数分析研究,并以一座典型滨海桥梁为工程案例,利用流体数值计算分析方法对桥梁上部结构所受波浪力进行分析,且依据工程桥位处气象水文资料探讨不同波浪高度与淹没系数下桥梁上部结构所受波浪力的演变规律。研究结果表明:基于二维数值波浪水槽的桥梁波浪力计算方法能准确计算结构竖向和横向的波浪力,且结合波浪力时程结果可很好地反映出桥梁上部结构波浪力演变规律。该研究结果可为滨海桥梁结构的可靠性设计工程防灾减灾提供指导和依据。

关键词：波浪力上部结构数值模拟波浪水槽受力分析