波浪与新型桩基挡板式透空结构相互作用的数值模拟

摘要

桩基式透空防波堤是属于港口和海洋工程中新型的水工结构型式，与传统的重力型式防波堤相比，建造材料分布在水深方向更加合理，结构主体集中于自由水面附近。透空结构对海洋生态环境和水动力环境影响不大，堤内掩护水域水体可以自由流动和交换且适用于水深较大的水域，且具有结构简单、成本低廉、施工方便、维修快捷等优点，应用前景比较广阔。桩基式透空结构多为简易板式的组合，对大周期的入射波浪消浪效果不是十分理想，需要对透空结构型式进行探索研究，提高结构整体的消浪效果进而拓展它在港口和海洋工程中的应用范围。 为分析透空结构与波浪相互作用的水动力特性，本文基于有限体积法和VOF方法建立二维数值波浪水槽数学模型，模拟L型结构、阶梯型结构和组合型结构三种不同结构型式的桩基式透空堤的水动力特性。数学模型验证是将T型透空堤数值计算结果与理论分析结果和与物理模型试验结果做对比，结果拟合良好，数学模型可以很好地反映透空结构物与波浪相互作用结构物前后的波面信息情况，以及很好地记录结构物表面所受波压力情况。 应用数学模型对不同工况下的L型结构和阶梯型结构水动力特性进行研究，分析讨论了两种结构物在入射波浪可以爬坡和越浪、入射波浪可以爬坡无法越浪以及入射波浪不能爬坡也不能越浪三种工况的结构物前后的波面信息，通过对计算结果的比较分析讨论在不同工况下结构物消浪特性及各自的优势劣势，同时分析了不同上部迎浪结构对波浪能消耗及波压力分布的影响。 最后使用数学模型计算分析组合型结构的水动力特性，研究了组合结构处于入射波浪可以爬坡和越浪的工况结构物前后的波面变化情况，一并讨论了组合结构后方触底竖板的相对高度的和相对位置对消波效果的影响，也探讨了触底竖板对上部结构波压力分布的影响作用。

目录

声明

1 绪论

1.1 论文研究背景及意义

1.2 国内外研究概况与发展趋势

1.2.1 理论研究

1.2.2 物理模型试验研究

1.2.3 数值模拟研究

1.2.4 存在的问题

1.3 本文主要研究内容

2 数学模型

2.1 控制方程

2.2 边界条件

2.2.1 自由表面边界条件

2.2.2 数值水槽造波、消波边界条件

2.3 数值离散及求解算法

2.4 本章小结

3 数学模型结果的验证分析

3.1 数学模型布置及网格划分

3.2 数值模拟与理论分析结果对比

（1）出水情况

（2）淹没情况

3.3 数值模拟与物理实验结果对比

3.3.1 波面历时曲线对比

3.3.2 波压力历时曲线对比

3.4 本章小结

4 L型和阶梯型桩基式透空堤消波性能分析

4.1 L型桩基式透空堤消波性能分析

4.2 阶梯型桩基式透空堤消波性能分析

4.3 上部结构迎浪型式影响分析

4.3.1 对入射波浪能耗的影响

4.3.2 对结构物波浪力的影响

4.4 本章小结

5 组合型桩基式透空堤消波性能分析

5.1 组合型桩基式透空堤消波性能分析

5.2 触底竖板对消波效果的影响

5.2.1 触底竖板高度对消波效果的影响

5.2.2 触底竖板位置对消波效果的影响

5.3 触底挡板对结构物波浪力的影响

5.4 本章小结

结论

参 考 文 献

附录A OpenFOAM基本应用流程

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书