潜式双层水平板型防波堤的数值研究-论文.pdf

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1、第35卷第4期水道港口Vo1．35N0．42014年8月JournalofWaterwayandHarborAug．2014潜式双层水平板型防波堤的数值研究李靖波，张宁川，刘爱珍(1．大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，大连116024；2．交通运输部天津水运工程科学研究所水路交通环境保护技术交通行业重点实验室，天津300456)摘要：基于VOF方法建立了波浪与潜式双层水平板型防波堤相互作用的数值模型。数值研究了潜式双层水平板型防波堤的透射系数和波浪力。综合考虑了相对板宽B／L、相对波高H／D、波陡H／L、相对板间距S／D和相对潜深d／D等影响因

2、素，给出了透射系数和波浪力荷载随这些影响因素的变化规律。为了方便工程实际应用，拟合出了透射系数和总竖向波浪力的计算公式。公式计算结果与试验结果进行了对比。二者吻合良好。关键词：双层水平板型防波堤；数值模拟；VOF方法；透射系数；波浪力中图分类号：TV139．2；0242．1文献标识码：A文章编号：1005—8443(2014)04—0317—08水平板型防波堤是一种新型的防护建筑物。近年来，越来越受到研究者和工程界的关注。与传统防波堤相比它具有诸多优点：(1)允许水体在防波堤内外自由交换，不会影响沿岸水质和海洋生态功能；(2)结构简单，施工方便；(3)

3、造价低廉，尤其适合于较深海域和使用期短的需要消浪的水域；(4)对海床地质条件要求不高，不需要进行地基处理。有关水平板型防波堤的研究成果已有一些。Pataraparieh和Cheong⋯通过试验研究了单层潜式水平板的反射和透射系数，实验结果表明当板宽为入射波波长的0．5～0．7倍，淹没深度为水深的0．05～0．15倍时，透射系数最小。之后，Pataraparich和Cheongl2对双层水平板型防波堤进行了研究，此防波堤的一块板在自由水面处，另一块板在其下游，淹没一定深度。研究结果表明，双层水平板型防波堤的反射系数比单层板要大，且当下游板的相对潜深在0．

4、1-0．2时，透射系数最小。王科纠通过数值模拟对单层潜式水平板型防波堤的消浪效果和水动力特性进行了研究，研究结果表明当波高与潜深比约为0．5，波长与板宽比约为3时，消浪效果最佳。Usha和Gayathri从线性势流理论出发，研究了双层水平板型防波堤对二维波浪的反射和透射情况，该结构由尺寸相同的两块薄板组成，其上层板在自由水面处，下层板在其正下某一深度处。研究结果表明，相对板间距为0．22～0．23，板宽为波长的O．37～0．39时，透射系数最小。王国玉通过物理模型试验，深人探讨了多层水平板透空式防波堤结构几何参数(相对宽度、相对间距)以及波陡等因素对防

5、波堤消浪效果的影响，并对不同因素影响下的透射系数以及反射系数变化特征进行了比较和分析。结果表明，该结构具有良好的消浪性能，且对波浪的反射作用较弱。Neelaman和Gayathri通过试验研究了单层板和双层水平板型防波堤的水动力特性及波浪的透射系数和反射系数。研究结果表明，通常情况下，双层板的水动力特性要优于单层板，且能更有效地增加反射波浪和减少透射波浪。Li和Zhangn建立了波浪与潜式水平板相互作用的数值模型，数值模型可以准确地模拟波面和波压力，研究发现在堤后产生了高阶谐波分量，而且堤后可见明显的旋涡。综上所述，关于水平板型防波堤的透、反射系数和波

6、浪力，国内外的学者在理论研究、物模试验和数值收稿日期：2013一l1—25；修回日期：2013—12—27基金项目：国家自然科学基金(51079025)作者简介：李靖波(1979一)，男，吉林省洮南人，博士研究生，主要从事波浪与建筑物的相互作用研究。Biography：LIJing—bo(1979一)，male。doctorstudent．318水道港口第35卷第4期模拟方面都做了一些研究工作。现有研究结果已表明，双层水平板型防波堤的消浪效果优于单层板。在一定范围条件下，分析了相对板宽、相对潜深等影响因素对水平板型防波堤的透、反射系数和波浪力的影响。但

7、由于波浪和建筑物相互作用本身十分复杂，能准确掌握各个影响因素对透射系数和波浪力的影响规律具有十分重要的意义。因此，有必要将相关影响因素全面考虑进来，从而更好地了解防波堤的消能效果和受力情况。而且关于透射系数和波浪力的实用化计算公式，文献中还很少见。这正是本文的研究目的。本文基于VOF方法建立了波浪与潜式双层水平板型防波堤相互作用的数值模型。综合考虑了相对板宽B／L、相对波高H／D、波陡肌、相对板间距S／D和相对潜深cYD等影响因素，数值研究了潜式双层水平板型防波堤的透射系数和波浪力随这些影响因素的变化规律，并拟合出了透射系数和波浪力的计算公式，以便为工

8、程的具体设计和应用提供理论依据。1控制方程当波浪与建筑物相互作用时，其经常破碎，水质点出现紊动