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防波堤水力特性的垂向二维波浪数学模型研究

吴米玲  
【摘要】: 防波堤的水力特性决定着防波堤的设计、风险分析以及新型防波堤的开发,是波浪力学与防波堤研究的重要课题。而反射透射、波压力等外部特征都与流场结构、流速分布及变化规律这些内部特性密切相关。本文综合运用流场PIV试验等物理模型试验与反映不可压缩黏性流体运动的垂向二维数值波浪模型,针对四种不同的防波堤工作条件或结构特征进行研究。就防波堤周围涡的存在、发展;越浪条件下直立堤前不完全立波的反射和波压力变化;新型圆弧面防波堤周围涡与水力特性的关系;光滑斜坡前波腹点、节点位置变化;削角和挑浪两种堤顶坡角变化条件下防波堤的越浪、反射、波浪力和流场特征等防波堤工作机理研究中被广泛关注而始终未能完全解决的问题展开讨论。 本文的工作表明,越浪潜堤周围有涡的存在,在一个周期内,顺时针涡与逆时针涡交替发展,且随着波浪非线性程度的增强,涡强度增大;在淹没深度较大时,潜堤堤后涡靠近堤壁和底部,对防波堤自身安全造成更大的威胁。在流场的影响下,潜堤时相同高度的波压力小于完全立波条件下的结果,波峰变尖且非线性增强。新型圆弧面防波堤相对半圆型防波堤而言,其存在明显的强度较大的顺时针涡,能量的剧烈消散,导致圆弧面防波堤的正向水平波压力大于半圆堤,而负向水平波压力小于半圆堤。斜坡反射时,随着斜坡坡角的逐渐减小,坡前第一个节点的位置向岸靠近的移动距离,数模结果与理论计算结果基本一致,已有的基于物模试验的理论在数模中得到验证。堤顶坡角变化时,削角对于堤身稳定的优势非常显著,而挑浪堤在减少越浪上的优势也十分明显,但坡角较大时的挑浪堤,其水平波压力与向上的竖直波压力增幅都较大,对堤身稳定极其不利。


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