港内振荡的特性及预防措施研究

论文摘要

港池是通过一个或几个口门连接到外海的半封闭水域,波浪是影响沿海港口最重要的水动力因素之一,港池内的波高分布及港内平稳度是港口规划和设计中首要考虑的问题。周期在几十秒到几小时的长周期波浪入射是引起港内振荡的主要原因,如果上述长周期波浪的持续时间足够长,港内振荡亦将持续很长时间,大幅度的港内振荡可能造成船舶锚泊系统的损坏,损伤靠泊设备,危害船舶的靠离泊安全等。本文在理想地形条件下,针对港池自然条件进行了不同入射波周期的港内波高分布计算,预测港内振荡的发生,提出了港内振荡的防治措施,论文的主要研究内容和结论如下:1、通过对比不同入射波周期的港内波高分布发现,矩形港池港内振荡主要发生在半波长的整数倍附近,并且港内振荡在港域尺度与波长的比a/L=0.5到2之间的时最为显著,随着a/L的增大,港内振荡波高逐渐减小。2、通过比较不同口门宽度下港池的波高分布,发现矩形港池发生共振时,口门并非越小越好,小口门不利于港内波能向港外辐射,而适当尺度的口门能够减弱港池内的共振。3、口门位置的改变可以引起矩形港池港内振荡的另一种模式,随着港域尺度与波长比的增大,该共振模式的波高放大系数逐渐减小。4、从口门进港的波浪与迎浪面的夹角应当慎重选择,恰当的波浪反射方向有利于港内波能从口门向外辐射,减轻港内波能的堆积。5、通过工程实例,提出了港内振荡的防治措施:(1)通过防波堤的布置减少进入港池的波能(2)采用适当的消浪措施(3)选择合适的港池几何尺寸

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 港内振荡的研究
• 1.2.2 近岸波浪传播和模拟的研究现状
• 1.3 港内振荡的主要研究方法
• 1.4 Boussinesq 模型
• 1.4.1 Boussinesq 方程研究
• 1.4.2 Boussinesq 方程模型的改进
• 1.5 本文的主要研究内容
• 2 港内振荡的理论研究
• 2.1 港池中的固有波浪模式
• 2.1.1 一维问题
• 2.1.2 封闭矩形港池
• 2.2 入射波激发的港内振荡
• 2.2.1 线性波激发的港内波浪
• 2.2.2 非线性长波激发的港湾波浪
• 2.3 任意形状港池的港内振荡
• 3 Boussinesq 波浪数值模型理论
• 3.1 理论模式
• 3.2 波浪破碎
• 3.3 底部摩阻
• 3.4 边界条件
• 3.4.1 吸收边界
• 3.4.2 动边界
• 3.5 亚格子紊动混合项
• 4 长周期波的港内振荡特性研究
• 4.1 模型基本参数设置
• 4.2 入射波波长对港内振荡的影响
• 4.2.1 模型设置
• 4.2.2 计算结果及分析
• 4.3 港池形状对港内振荡的影响
• 4.3.1 模型设置
• 4.3.2 计算结果及分析
• 4.4 口门位置对港内振荡的影响
• 4.4.1 模型设置
• 4.4.2 计算结果及分析
• 4.5 口门宽度对港内振荡的影响
• 4.5.1 模型设置
• 4.5.2 计算结果及分析
• 4.6 港内迎浪建筑物的布置方向对港池振荡的影响
• 4.6.1 模型设置
• 4.6.2 计算结果及分析
• 4.7 小结
• 5 港内振荡的防治措施研究
• 5.1 限制波能输入
• 5.1.1 透浪型防波堤对港池泊稳的影响
• 5.1.2 工程实例
• 5.2 应用适当的消浪措施
• 5.2.1 波长与波浪反射的关系
• 5.2.2 工程实例
• 5.3 合理的港池几何尺寸
• 6 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 不足与展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间撰写论文
• 致谢