我國擁有的豐富湖區(qū)資源,占世界第三位,而豐富的湖區(qū)資源在水利、航運、旅游和水電等工程領(lǐng)域占據(jù)非常重要的地位,但風(fēng)生波浪往往對湖區(qū)船舶通航和平穩(wěn)靠泊以及建筑物的安全造成威脅,有時甚至?xí)斐删薮蟮慕?jīng)濟損失和人員傷亡,故對湖區(qū)的風(fēng)生波浪的研究尤為重要。隨著計算機計算性能的快速發(fā)展,CFD(計算流體力學(xué))的不斷壯大,風(fēng)生波浪的數(shù)值模擬已成為主要的研究手段。目前關(guān)于風(fēng)生波浪數(shù)值模擬的研究,大多數(shù)都是對海域風(fēng)浪的研究,而湖泊和水庫等小風(fēng)區(qū)風(fēng)浪的研究較少。本文將理論研究與實際應(yīng)用相結(jié)合,以云南省玉溪市撫仙湖深水湖泊的浮碼頭為例,建立湖區(qū)風(fēng)生波浪數(shù)學(xué)模型,分析不同風(fēng)荷載工況下湖區(qū)的波浪要素分布以及傳播狀況,確定不同風(fēng)況作用下對湖區(qū)浮碼頭運行以及船舶靠泊影響的最不利情況,揭示湖區(qū)波高變化的主要影響因素,從而對湖區(qū)浮碼頭安全運行的最不利情況進行消波研究,將不同防波堤的消波方案的消波結(jié)果進行比較分析,最終確定防波堤最優(yōu)消波方案,可為防波堤的優(yōu)化優(yōu)選提供參考意見,為湖區(qū)建筑物安全以及船舶航行和平穩(wěn)靠泊提供安全保障。主要研究內(nèi)容如下:(1)從流體力學(xué)理論出發(fā)回顧了風(fēng)生波浪研究方法以及浮式防波堤結(jié)構(gòu)型式和消波方法,總結(jié)了風(fēng)生波浪數(shù)值模型的發(fā)展情況以及其各自模型局限性,并分析了風(fēng)生波浪的生成機理以及湖區(qū)防波堤破壞的主要原因。(2)基于Mike 21 SW模型建立湖區(qū)風(fēng)生波浪數(shù)學(xué)模型,并利用在國內(nèi)湖區(qū)實際工程中廣泛應(yīng)用的莆田公式、SMB法以及規(guī)范法等經(jīng)驗公式對模擬結(jié)果進行驗證,以證明Mike 21 SW模型在深水湖泊的可用性,分析不同風(fēng)荷載工況下湖區(qū)水域的波浪條件,分別研究不同風(fēng)速作用下和不同水位下湖區(qū)波高變化情況,從而揭示湖區(qū)波高變化的主要影響因素,以及確定不同風(fēng)況下對湖區(qū)浮碼頭安全以及船舶通航產(chǎn)生威脅的最不利條件。(3)研究最不利風(fēng)況作用下,不同浮堤布置、不同浮堤角度、不同浮堤長度、不同浮堤寬度以及不同浮堤型式等消波方案對浮堤消波效果的影響,將不同消波方案進行比較,從而提出浮式防波堤的最優(yōu)布置方案,并分析最優(yōu)浮堤消波方案對波浪的削減能力。
【學(xué)位單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U656.1
【部分圖文】：

造價低廉等特點。且在中等波浪條件下，消波效果顯著。常見的浮箱式防波堤是由鋼筋混凝土制成的長方體結(jié)構(gòu)物，寬度約為 8m~12m（最寬可達 16m)，吃水深度約為 1.0m~4.0m。浮箱的擋水面積以及 B/L（堤寬與波長之比，簡稱為相對寬度）是箱式浮堤的消波效果的主要影響因素。即浮堤的擋水面積愈大，消波效果愈好；堤寬愈大，消波能力愈大。隨著研究的逐漸深入，許多學(xué)者在此基礎(chǔ)上對箱式浮堤的結(jié)構(gòu)進行改進，提出了雙浮箱式[67]、多浮箱式、浮箱-水平板式[68]、T 型、π型[69]、Y 型[70]等不同的浮箱式防波堤結(jié)構(gòu)型式。Syed 等[71]根據(jù)基于邊界元法的數(shù)學(xué)模型對單浮箱式、雙浮箱式和三浮箱式防波堤的消浪性能進行了研究，結(jié)果表明：波浪透射系數(shù)受浮堤的垂蕩運動、浮箱間距以及浮堤吃水的影響較大，即浮堤吃水深度愈大消浪效果越顯著。董華洋[72]和楊彪等[73]基于試驗研究得出，單浮箱－水平板式和雙浮箱－雙水平板式比單浮箱式浮堤的消波效果更為顯著，周期對浮堤的消波效果有較大的影響，當長周期波浪作用時雙浮箱－雙水平板式浮堤的消浪效果較好，因其對波浪具有超強的反射作用和波能耗散作用，不同浮堤結(jié)構(gòu)型式在短周期的波浪作用下消波效果差異較小。

(c)A-frame 型 (d)垂向浮筒式圖 1-2 不同浮筒型式浮式防波堤許多學(xué)者在此基礎(chǔ)上又相繼提出了多浮筒式、雙浮筒-水平板式、浮筒-網(wǎng)籠式[74]、A-frame 型[75]、垂向浮筒式[76]等不同浮筒式防波堤結(jié)構(gòu)型式。2010 年肖霄等[77]基于邊界元法對雙浮筒-水平板式、單方箱-水平板式和雙浮筒式浮堤的消波效果進行比較分析，結(jié)果表明：雙浮筒-水平板式浮堤的消波效果最好，且錨鏈受力也較小，穩(wěn)定性相對較好。2013 年高鑫等[78]提出了一種新型適用于深海工程中的板式-浮筒式防波堤結(jié)構(gòu)型式，并驗證了其深海中的適用性，可將其應(yīng)用到實際工程當中，尤其在中波作用的水域中應(yīng)用可以取得較好的消波效果，并基于邊界元法對平板與浮筒的間距和浮筒厚度的消波效果進行了系統(tǒng)的分析，研究表明：平板與浮筒的間距、浮筒厚度總體對浮堤的透射系數(shù)的影響較小，只在特定位置有一定的變化，相對變化較小。（3）浮筏式浮筏式防波堤主要是利用浮體與水體間產(chǎn)生的摩擦作用，干擾波浪的水質(zhì)點運動，破壞波浪內(nèi)部的水流結(jié)構(gòu)，以減小水面上的波浪能量，從而達到消波

圖 1-3 浮筏式防波堤002 年吳維登等[80]提出了一個新的鋼管-輪胎浮筏式防波堤，并基于消波性能的主要影響因素進行研究分析，結(jié)果表明：筏長、筏體度、筏傾斜、胸墻及其擺放位置、擋浪面積和自振頻率等因素均筏式防波堤的消波效果有一定的影響，而且該結(jié)構(gòu)在最不利波浪最小透射系數(shù)可低達 0.22。 浮式防波堤消浪研究進展浪透射系數(shù)是指堤后透射波高與入射波高的比值，是評故浮式防的重要指標[81]。目前波浪透射系數(shù)的計算方法主要有 3 種：理論式及數(shù)值模擬。1）理論推導(dǎo)）Macagno 公式：1984 年 Macagno[82]基于由剛性固定的矩形浮堤越浪等假設(shè)，利用線性波理論，在考慮浮堤寬度、吃水深度、水

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本文編號：2818649