水下上弧形板结构水动力特性研究

摘要

板式防波堤作为一种相对经济的防波堤结构形式，既可以布置在深海海域用来降低波浪对水工建筑物的直接破坏，也可以布置在近海岸或者港口等海域来防止波浪对水域内建筑物的侵蚀。本文提出了一种新型的板式结构防波堤——上弧形板结构。为研究这种新型结构的消波特性和消波机理，研究中依据有限水深下波浪的绕射、辐射理论，应用边界单元方法，重点分析了这种新型结构的相关水动力系数、运动响应和速度流场，并通过与另外三种板式防波堤结构（下弧形板结构，单板结构，双层板结构）的对比，验证了这一新型结构具有良好的消波效果，同时研究中还着重分析了结构弧形角度变化对这一种新型防波堤结构消波特性的影响。研究发现:
　　(1)上弧形板结构在中波段时，当潜深波高比为0.1时，消波效果比其他三种结构增强10％左右。
　　(2)弧板角度变化对水动力系数影响明显。
　　(3)通过对上弧形板结构的速度流场分析，发现上弧形板结构上部有明显回流。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外有关板式防波堤及水动力系数的研究概况

1．2．1 国外部分

1．2．2 国内部分

1．3 本文研究的内容和结构框架

2 板式防波堤的数值模型与边界元基本理论

2．1 数学模型

2．1．1 坐标系的定义

2．1．2 控制方程及边界条件

2．2 边界积分方程

2．3 附加质量和阻尼系数

2．4 绕射和散射波浪力

2．4．1 绕射和散射波浪力

2．4．2 Haskind(哈斯金特)关系式

2．5 透射系数RΤ和反射系数RF

2．6 物体运动方程

2．7 流场分析

2．8 边界元基本理论与网格划分

2．8．1 离散化单元

2．8．2 流场速度计算公式

3 算例验证

3．1 与Hsu H H的模拟结果对比

3．2 与Patarapanich M的模拟结果对比

4 不同结构的水动力系数结果与分析

4．1 数学模型示意图

4．2 计算区域的网格

4．3 透射系数、反射系数计算结果分析

4．4 附加质量、阻尼系数计算结果分析

4．5 波浪力计算结果分析

4．6 运动响应计算结果分析

4．7 小结

5 不同角度的上弧形板结构水动力系数结果与分析

5．1 透射系数、反射系数计算结果分析

5．2 附加质量、阻尼系数计算结果分析

5．3 波浪力计算结果分析

5．4 运动响应计算结果分析

5．5 小结

6 流场计算结果分析

6．1 Ka=0．6时的流场计算结果分析

6．2 Ka=1．0时的流场计算结果分析

6．3 Ka=1．4时的流场计算结果分析

6．4 小结

7 结论与展望

7．1 研究结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢