柔性水囊潜堤消波特性实验与数值研究

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  本文以溃坝波模拟海啸、涌潮,以物理模型实验为主,并结合数值模拟计算,开展溃坝波与半圆柔性水囊潜堤相互作用的研究。重点分析溃坝波与柔性水囊潜堤相互作用过程中波形和水位变化特性,以探究柔性水囊潜堤的消波机理;同时,分析柔性水囊潜堤的不同参数对其消波性能的影响;此外,利用黏性流数值模型探究溃坝波与柔性水囊作用过程的水动力特性及水囊变形特点。研究工作主要包括以下两个方面:
  (1)溃坝波同柔性水囊潜堤和刚性潜堤相互作用以及柔性水囊潜堤消波特性影响因素的实验研究,分析溃坝波与不同潜堤作用时的波面变化、测点水位和无量纲最大水位特点,探究柔性水囊潜堤的消波机理,分析水囊初始内压、材料种类、材料厚度以及潜深对柔性水囊消波效果的影响。结果表明:柔性水囊潜堤能够有效衰减溃坝波,其消波效果优于刚性潜堤;当波高较小时,柔性水囊潜堤依靠其柔性表面振动增强了波能耗散;当波高较大时,主要使溃坝波产生破碎耗散掉部分波能;初始内压、柔性材料种类对其消波性能影响较大,而潜深和柔性材料厚度影响相对较小。
  (2)溃坝波与柔性水囊潜堤相互作用的数值模拟研究,分析波面沿程变化、涡量场、压力场、水囊变形以及水囊潜堤顶点处的位移和速度特点,探究柔性水囊潜堤的水动力特性。结果表明:柔性水囊潜堤在溃坝波作用下会发生运动响应,产生形变,这有利于扰乱水质点原有运动轨迹从而增加波能的耗散。
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