摘 要

弧形防浪墙近些年在海岸防护工程中得到广泛使用，相比于直立式防浪墙，弧形防浪墙有减小越浪，节约防波堤建设成本等优点。本文借助计算流体力学软件OpenFOAM对直立式和弧形防浪墙的水动力特性进行数值分析，并将数值结果与在大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室进行的物理模型试验进行比较。

论文主要研究了弧形防浪墙在数值模拟分析下，弧形防浪墙的水动力特性，通过对波浪周期T、波高H、水深d等条件的约束，专门改变弧形防浪墙半径这一变量来进行对波浪的压强、压力、流场等情况的研究，跟物理实验的结果相对比，分解误差进而验证数值分析的准确性。同时对直立式防浪墙进行数值模拟计算，通过对比弧形防浪墙与直立式防浪墙的数值模拟结果，分析弧形防浪墙较直立式防浪墙的优势。

研究结果表明：弧形防浪墙形状的改变对防浪墙水动力特性有着较大的影响

本文的特色：本文通过数值模拟的方式对弧形防浪墙形状这一重要变量进行分析进而得出变量与水动力特性的关系，通过物理实验数值佐证数值分析的正确性。

关键词：弧形防浪墙；OpenFOAM；数值模拟；水动力特性

Abstract

Curved wave walls have been widely used in coastal protection projects in recent years. Compared with vertical wave walls, curved wave walls have the advantages of reducing over-waves and saving construction cost of breakwaters. In this paper, the hydrodynamic characteristics of vertical and curved wave walls are numerically analyzed using the computational fluid dynamics software OpenFOAM, and the numerical results are compared with the physical model tests carried out in the State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering of Dalian University of Technology.

The paper mainly studies the hydrodynamic characteristics of the curved wave wall under the numerical simulation of the curved wave wall. Through limiting the wave period T, wave height H, depth d, etc., the radius of the arc wave wall is specially changed. One variable is used to study the pressure, pressure, flow field, etc. of the waves. Compared with the results of the physical experiments, the decomposition error further verifies the accuracy of the numerical analysis. At the same time, the vertical wave wall is numerically simulated. By comparing the results of numerical simulation between the curved wave wall and the vertical wave wall, the advantage of the curved wave wall over the vertical wave wall is analyzed.

The results show that the change of the shape of the curved wave wall has a great influence on the hydrodynamic characteristics of the wave wall.

The characteristics of this paper: This paper analyzes the important variable of the shape of the curved wave wall by numerical simulation and then obtains the relationship between the variable and the hydrodynamic characteristics. The correctness of the numerical analysis is verified by physical experiments.

Keywords:curved wave wall; OpenFOAM; numerical simulation; hydrodynamic characteristics

目录

1 绪论 1

1.1研究工作的背景及意义 1

1.2国内外研究的现状 1

1.3研究工作的主要内容 2

2 数值方法简介 4

2.1 OpenFOAM软件的介绍 4

2.2水槽的参数及边界条件 4

2.2.1水槽的参数 4

2.2.2边界条件 5

2.2.3水槽的验证 6

3规则波与直立式防浪墙的作用 8

3.1直立式防浪墙参数与试验设置 8

3.2压强与总力的分析 9

3.2.1直立式防浪强压强分析 9

3.2.2直立式防浪墙总力分析 13

3.3直立式防浪墙的流场分析 14

4规则波与弧形防浪墙的作用 17

4.1弧形防浪墙参数与试验设置 17

4.2弧形防浪墙压强与总力的分析 20

4.2.1弧形防浪墙压强分析 21

4.2.2弧形防浪墙总力的分析 27

4.3弧形防浪墙的流场分析 29

5结论 34

6致谢 35

参考文献 36

1 绪论

1.1研究工作的背景及意义

我国海岸线总长度3.2万公里，比我国陆上岸线1.8万公里还要长，海岸作为交通枢纽，经济交易货物运输等活动重要的地点，为我国贸易交易起到了至关的重要性。所以对港口海岸的保护是尤为重要的，防波堤作为港口海岸防护措施，在我国近些年成为研究的热门方向，同时对港内水域的稳定和后方区域的安全起到了很好的作用，弧形防浪墙是对传统防波堤的一种提升，它是外海防护建筑物和护岸建筑物的重要组成部分，它的作用是为了承受外海等的波浪力能够阻挡海浪的直接冲击，避免海岸受到侵蚀，从而能够保证岸上建筑物的安全。因此在满足防浪的要求下防浪墙的设计应该力求经济合理。同时在防浪墙的设计上要尽可能的减少负面影响，在防浪墙的形状上的优化是一种很好的方向，由于其弧面的特殊性，当波浪冲击到墙上，波浪整个会被折返，这样可以减少越浪的效果，从而减小对堤顶高程建设的压力，由此弧形防浪墙的出现有了重大意义。但是由于其墙面形状的特殊性，同时堤前的水流运动的复杂形态，不能仅仅使用传统公式进行分析研究，对弧形防浪墙的研究具有意义重大。

1.2国内外研究的现状

在海洋平台上，直立式防浪墙作为最初形的防浪墙有着明显的缺点，由于波浪冲击到墙面，没有很好的缓冲方式，墙体对波浪的反射会比较大，由于建造水深的不断增加使得问题更加明显，越浪的产生对防波堤本身和港内环境有着很大的影响，一般方法通过增加直立式防浪墙的顶高来缓解这一问题，但是顶高的增加大大增加了工程实施的难度和造价问题。近年来学者通过改变防浪墙表面形状的方式来尝试缓解甚至大大减小这一问题，曲线形防浪墙效果尤为明显，通过将外海传来的波浪通过自身形状导回海洋来减少越浪量。王登婷^[9]对圆弧形防浪墙和直立式防浪墙上的波浪压强进行了对比分析得出了以下结论：弧形防浪墙与传统的直立式防浪墙相比，圆弧式墙上的最大压强明显大于直立墙，且最大压强点发生在圆弧部分。刘子琪^[14]通过对几种曲线形防浪墙的越浪量和波浪力进行比较，得出只要防浪墙线形选择得当，就能达到不提高堤顶高程就能阻止越浪，减小波浪力的作用。广东水利水电科学院的张从联等参考文献通过物理试验对惠来电厂护岸和灰堤原设计方案和修改方案中的弧形防浪墙、垫块、护脚块石的稳定性、不同潮位的越浪量及防浪墙的波浪压力测定。程禹平^[12]对巻波式弧形台阶海岸防浪墙进行了研究，得到了作用在弧形防浪墙上的波浪力与浮托力分布的过程线。王颖^[15]等对不同樯底高程和墙高组合下的深弧形防浪墙进行物理模型实验，通过三力天平直接测量作用其上的波浪力，分析不同形式防浪墙的整体稳定性讨论了防浪墙的圆弧半径和墙底高程对其受波浪力的影响。结果表明：对于确定的墙顶高程，加大弧形半径和降低防浪墙高程有利于减少越浪量，但对防浪墙整体稳定性有一定影响。通过合理的选择墙底高程和墙高可以实现工程许可越浪量的前提下，减少堤身土方量或弧形防浪墙冲击荷载的目的。徐斌和刘建华^[11]等对不规则波下防浪墙荷载的分布的问题研究得：威布尔分布公式对弧形防浪墙不规则波作用荷载分布拟合效果良好，确定了水平、垂直波浪力与力矩与水深的关系。琚烈红^[13]对不同结构型式的斜坡堤弧形防浪墙进行物理模型试验，通过压力积分方法计算作用其上的波浪力，并采用称重法测量越浪量。简单分析了波浪要素、水位至堤顶的距离和斜坡堤断面型式对防浪墙所受波浪力和越浪量的影响；初步研究了防浪墙的结构型式与其所受波浪力和越浪量的关系，可供斜坡堤弧形防浪墙设计参考。

1.3研究工作的主要内容

本课题中将使用计算流体力学软件OpenFOAM分析弧形防浪墙的水动力特性（包括水平和垂直波浪力等），并将数值结果与模型试验数据相比较。主要研究直立式和弧形防浪墙迎浪面波浪压强随时间变化和表面空间分布、弧形防浪墙迎浪面受到的总压力随时间变化。

在特定时间，直立式与弧形防浪墙的压力场。在保持水深、波浪周期和波高不变的情况下，改变弧形半径这一参数，进而讨论弧形防浪墙结构对波浪力的影响。论文具体内容如下：

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：