本文關(guān)鍵詞：波流耦合作用下氣幕防波堤消波行為特性研究

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【摘要】：防波堤是為了保護(hù)港口免受外界環(huán)境的影響、便于船舶作業(yè)和安全停泊而修建的水工結(jié)構(gòu)建筑物,它是人工方法掩護(hù)沿海港口、碼頭的重要結(jié)構(gòu)之一。氣幕防波堤是防波堤的一種特殊形式,與固定式防波堤相比具有可移動(dòng)性、可重復(fù)使用性、基本不受水深和地質(zhì)條件限制等優(yōu)勢(shì),在水運(yùn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、軍事方面都有很好的應(yīng)用前景。為深入研究氣幕防波堤的消波特性,本文建立了波流耦合作用下立面二維氣幕防波堤數(shù)學(xué)模型和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒖諝夂退闯墒且环N變密度單流體,視空氣為不可壓縮氣體,利用連續(xù)方程和N-S方程求解水氣運(yùn)動(dòng),采用VOF方法追蹤自由波面。在數(shù)值水槽底部設(shè)置速度進(jìn)、出口邊界生成水平流。利用UDF添加源項(xiàng)模擬氣泡帷幕。基于推板式造波法和阻尼消波法,建立并驗(yàn)證了波流耦合作用下立面二維氣幕防波堤數(shù)學(xué)模型。進(jìn)而,利用數(shù)學(xué)模型對(duì)靜水條件下、純波浪條件下以及波流耦合作用下的氣幕運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算與分析。分析結(jié)果表明：(1)波流耦合作用下,氣幕防波堤的消波機(jī)理主要是在水面處產(chǎn)生的一定厚度的相反方向的水平流,迎浪一側(cè)的水平流使得波浪水質(zhì)點(diǎn)固有的運(yùn)動(dòng)軌跡遭到破壞,促使波浪破碎、波能減小,導(dǎo)致透射波高的衰減,這與單純波浪條件下一致；(2)波流耦合作用下,透射系數(shù)隨供氣量和管道埋深的增大而分別減小,隨入射波周期和波高的增大而分別增大,這與單純波浪情況下一致；(3)波流耦合作用下,其它參數(shù)一定的情況下,當(dāng)正向(或逆向)斷面平均流速接近某一較小值時(shí),透射系數(shù)最小,消波性能最好。研究結(jié)果可以為氣幕防波堤的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供一定的參考依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：氣幕防波堤 數(shù)值模擬 波流耦合 透射系數(shù)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U656.2
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 研究背景和意義11-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3 本文研究工作18-19
• 2 物理模型實(shí)驗(yàn)19-27
• 2.1 實(shí)驗(yàn)布置19-20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備20-24
• 2.2.1 空氣壓縮機(jī)20-21
• 2.2.2 SIARGO MF5700氣體質(zhì)量流量計(jì)21-22
• 2.2.3 噴氣管模型22
• 2.2.4 造波機(jī)22-23
• 2.2.5 流速儀23-24
• 2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析24-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 3 氣幕防波堤的立面二維數(shù)學(xué)模型27-46
• 3.1 氣幕防波堤數(shù)學(xué)模型的建立28-34
• 3.1.1 控制方程28-29
• 3.1.2 初始條件和邊界條件的確定29-30
• 3.1.3 造波、消波設(shè)置30-32
• 3.1.4 水平流與氣泡帷幕的產(chǎn)生32-33
• 3.1.5 網(wǎng)格劃分33-34
• 3.2 建立離散方程34-35
• 3.3 求解離散方程35-38
• 3.4 計(jì)算流體力學(xué)軟件介紹38-39
• 3.4.1 FLUENT38
• 3.4.2 PHOENICS38-39
• 3.4.3 CFX39
• 3.4.4 STAR-CD39
• 3.5 判斷解的收斂性39
• 3.6 用戶自定義函數(shù)39-40
• 3.7 數(shù)學(xué)模型的驗(yàn)證40-45
• 3.7.1 純波浪條件下40-42
• 3.7.2 波流耦合作用下42-45
• 3.8 本章小結(jié)45-46
• 4 波流條件下氣幕防波堤消波特性影響因素及規(guī)律46-78
• 4.1 氣幕防波堤水力要素的時(shí)空分布46-63
• 4.1.1 數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用46-48
• 4.1.2 靜水中的氣幕運(yùn)動(dòng)48-53
• 4.1.3 波浪中的氣幕運(yùn)動(dòng)53-56
• 4.1.4 波流耦合作用下的氣幕運(yùn)動(dòng)56-61
• 4.1.5 波流耦合作用下的氣幕防波堤波能分析61-63
• 4.2 氣幕防波堤消波性能影響因素分析63-76
• 4.2.1 氣幕防波堤自身結(jié)構(gòu)因素的影響63-69
• 4.2.1.1 供氣量的影響63-65
• 4.2.1.2 管道埋深的影響65-69
• 4.2.2 入射波要素的影響69-73
• 4.2.2.1 入射波周期的影響69-71
• 4.2.2.2 入射波波高的影響71-73
• 4.2.3 氣幕防波堤透射系數(shù)的擬合方程73-74
• 4.2.3.1 純波浪條件下73-74
• 4.2.3.2 波流耦合作用下74
• 4.2.4 逆向流對(duì)氣幕防波堤的作用74-76
• 4.3 本章小結(jié)76-78
• 5 結(jié)論與展望78-80
• 5.1 結(jié)論78
• 5.2 創(chuàng)新點(diǎn)78
• 5.3 今后工作展望78-80
• 參考文獻(xiàn)80-84
• 附錄84-87
• 致謝87-88
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果88

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本文編號(hào)：511702