气幕防波堤消波机理研究

【摘要】： 防波堤作为一种常见的港口、海岸工程结构,主要用于防御外海波浪对所掩护海域的侵袭,为船舶的停泊和作业提供平稳、安全水域和保护港内水工建筑物,故在港口工程中具有特殊地位。鉴于深水开敞海域环境恶劣,传统水工结构因工程造价高昂、技术复杂、施工困难等已不能适应深水港发展需要。因此,寻求合理、可靠的结构型式和切实可行的施工方法以保证其使用功能并降低造价为世界各国港口工程界所重视。 气幕防波堤作为一种特殊形式的防波堤,与固定式防波堤相比,具有移动性、临时机动性、可重复使用、不受水深和地质条件限制、不影响水流、泥沙的运动条件,可以很容易通过抛锚固定或通过锚链固定在抛入水中的预制重物上等优点。另外气幕防波堤的重量轻、结构简单、造价低。因此气幕防波堤在水运、水产养殖,军事方面有良好的应用前景。 本文从数值模拟方面出发,对气幕防波堤消波性能进行了初步探讨、分析和研究。 数值模拟将空气和水看成是一种变密度单流体,视空气为不可压缩气体,利用有限体积法,结合连续方程和不可压缩雷诺平均N-S方程,并利用k-ε方程封闭方程组,采用VOF方法追踪空气和水的界面。 采用推板式造波实现了二维数值波浪水槽的建立,同时利用UDF实现了气泡帷幕的模拟,进而完成了对气幕防波堤的数学模型。 通过数学模型首先对间歇性供气量时的气幕消波状况进行了研究,并与连续供气量进行了比较。