破碎波作用下堤前冲淤研究

论文题目: 破碎波作用下堤前冲淤研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 港口,海岸及近海工程

作者: 李昌良

导师: 高学平

关键词: 直立堤,规则破碎波,不规则破碎波,冲刷,冲淤形态,冲淤机理,方法,源造波,波浪数值水槽

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 防波堤及护岸堤等海岸建筑物周围海床的冲刷涉及建筑物本身的安全,是设计和建设中必须重点考虑的问题之一。本文针对直立防波堤,重点研究了复杂海况(主要是破碎波)下的堤前冲淤及相关的问题。(1)建立了波浪数值水槽,通过求解RANS方程和连续方程,模拟了堤前的波浪场,为模拟不规则波长时段连续造波及消除波浪遇建筑物后形成的二次反射,采用了源造波法。对开敞边界,采用了海绵层阻尼消波和Sommerfeld条件相结合的处理方式,对自由表面采用了VOF法处理。(2)前人的研究多为立波作用下的堤前冲淤,对复杂海况下的堤前冲淤研究很少,尤其对冲淤机理的研究不够深入。本文通过波浪数值水槽,计算了堤前的速度场,根据底流速的分布规律,进一步对波浪作用下的堤前冲淤机理作了分析。指出,在规则破碎波作用下,波浪在堤前破碎后向堤冲击,破碎带内的速度增大,带动泥沙悬浮向堤运动,冲击水体与堤面相遇并沿堤面爬高,然后从爬高位置回落,回落水体带动堤脚处泥沙离堤,向堤运动的泥沙总量和离堤运动的泥沙总量的相互关系决定着堤前的冲淤形态。在相同波浪条件下,随着泥沙相对粒径的由细变粗,堤前冲淤形态可分为DSD型、SDSD型和DSDS型。并与立波作用下的冲淤形态作了比较。(3)本文通过试验,研究了不规则破碎波作用下的堤前冲淤。指出根据波浪条件和泥沙粒径的相对关系,堤前冲淤形态可分为五种类型,即堤前冲刷Ⅰ型、堤前冲刷Ⅱ型、堤前冲刷Ⅲ型、堤前淤积Ⅰ型和堤前淤积Ⅱ型。通过分析波浪数值水槽计算的流场,分析了冲淤机理,认为其冲淤机理与规则破碎波作用下大致相同,但因波浪运动更为复杂,形成了不规则破碎波作用下特有的冲淤形态,堤前冲刷Ⅰ型。并与立波作用下的冲淤形态进行比较。根据冲刷结果和机理分析提出了冲淤形态的判别标准。根据波浪破碎的情况,把堤前波浪划分为三类,在每一类波浪作用下,不同的泥沙粒径,都对应着不同的冲淤形态。分析了基床尺度对堤前冲淤的影响。(4)利用数值波浪水槽,模拟了细粒径泥沙时,堤前海床的冲淤形态,并与试验结果做了对比,本数值模型能较好的模拟堤前的冲淤状况,堤前冲淤形态基本上与试验相同,但在破碎带冲淤形态有着一些差异。

论文目录:

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 相关研究工作的回顾

1.3 本文的工作

第二章波浪数值水槽

2.1 破碎波研究的背景

2.2 控制方程

2.3 网格单元的定义

2.4 控制方程的求解方法及数值离散

2.5 边界条件

2.6 数值稳定性分析

2.7 小结

第三章规则破碎波作用下的堤前冲淤

3.1 堤前波浪的分类

3.2 计算条件

3.3 结果及分析

3.4 规则破碎波与规则立波作用下堤前冲淤的比较

3.5 小结

第四章不规则破碎波作用下的堤前冲淤

4.1 试验设备与量测仪器

4.2 试验条件与工况

4.3 试验方法

4.4 结果及分析

4.5 小结

第五章堤前冲淤的数值模拟

5.1 悬沙控制方程

5.2 泥沙边界条件

5.3 泥沙控制方程的离散

5.4 结果分析

5.5 小结

第六章结论与展望

6.1 结论

6.2 目前存在的问题

6.3 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢

发布时间: 2007-07-10

参考文献

[1].直立堤前的破碎波流场特征及波浪力研究[D]. 孙英伟.大连理工大学2012

破碎波作用下堤前冲淤研究

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