幕墙式防波堤水动力特性研究开题报告

全文总字数：3468字

1. 研究目的与意义（文献综述）

海洋面积覆盖地球表面积的71%，其资源丰富、物种多样，是人类资源摄入的重要组成部分之一。随着对海洋研究的探索越来越广泛、深入，对于海洋研究配套设施的要求也日益发展提高，其中较为重要的就包括码头、护岸以及防波堤的设计和建造。防波堤作为保护码头水域的水工建筑物，其形式多样，结构复杂，在抵御波浪对码头的破坏发挥着重要的作用。例如，防波堤可以有效消除波浪作用力，减少波浪冲击，同时也可以保持水面稳定，保证船舶的安全停靠。

传统防波堤存在施工困难，结构上有固有缺陷、不利于保护生态环境以及造价过高等缺点。因此，不断优化防波堤结构和功能，是人们对海洋进行进一步探索的重要前提条件。近年来，透空式防波堤得到国内外的广泛关注，透空式防波堤是指由支墩和没入水中一定深度的挡浪结构组成的防波堤。在材料使用上和经济上看来都较为合理，且由于其采用中间透空的结构，在防波堤中可进行内外海水交换以及生态循环，对环境十分友好。透空式防波堤的优异结构和多样的功能已得到国内外学者的广泛认可，成为新型防波堤发展的一个重要方向以及研究课题。

本次研究是分析基于透空式防波堤的幕墙式防波堤的水动力特性。幕墙式防波堤由前下垂挡水板与后墙组成，挡水板置于水面下一定深度，中间完全透空，形成消浪室。幕墙式防波堤基于在上层水层厚度为3倍波高的范围内，集中大约90%-98%的波能的波浪理论，使大部分波能由上部挡水板吸收，小部分由下部透过进行海水交换以及波浪消浪，结构先进，具有十分现实的研究和发展意义。许多学者对直立板结构的水动力特性进行了研究，ursell最早研究了无限水深中波浪与直立板结构的相互作用问题，给出了反射系数和透射系数的变化规律；evans研究了波浪与淹没式直立板结构的相互作用，得到了一阶波浪力和二阶波浪力的计算公式。在实际工程中，为提高掩护效果，经常采用多排或双排直立板结构以更有效地反射入射波能量，porter采用多项伽辽金方法研究了波浪与双排实体板的相互作用，给出了反射系数与透射系数的精确计算结果；liu等结合理论分析和物理模型试验，研究了波浪对jarlan型透空潜堤（前开孔板和后实体板组成）的作用，理论计算结果与试验结果符合良好，当相对板间距为0.3-0.4时潜堤掩护效果最佳。nakamura等在研究双排直立板结构水动力特性的基础上，采用直墙代替后侧垂直板，提出了幕墙式防波堤的概念，并通过物理模型试验研究了消浪室宽度、下垂板吃水深度对幕墙式防波堤反射系数的影响。此后，nakamura团队针对幕墙式防波堤及其结构开展了大量物理模型试验，研究了幕墙式防波堤的水动力特性；nishikawa等对幕墙式防波堤的受力特性进行了理论和试验研究，分析了入射波高和消浪室宽度对下垂板与直墙受力的影响。目前，学术界关于幕墙式防波堤的研究以幕墙式防波堤水动力特性研究以理论分析和物理模型试验为主，其数值模拟研究较少。

2. 研究的基本内容与方案

研究内容：1、查阅文献、资料以了解幕墙式防波堤的组成结构以及结构受力特性，了解对幕墙式防波堤所进行的研究内容以及国内外的研究成果2、阅读相关专业书籍，了解波浪运动理论以及防波堤消浪机理，熟悉幕墙式防波堤研究的基本理论3、学习使用gambit软件，建立幕墙式防波堤模型，并划分网格4、采用fluent软件建立二维数值波浪水槽，进行数值模拟

3. 研究计划与安排

1、阅读文献，完成开题报告和外文翻译，学习相关理论以及研究相关的软件 （第1-4周）

2、使用软件进行数值波浪水槽的建立和验证 （第5-6周）

3、数值模拟规则波与幕墙式防波堤的相互作用 （第7-10周）

4. 参考文献（12篇以上）

1、yuliangzhu,yu li,aifeng tao,jisheng zhang. numerical modeling of wave interaction withdouble curtain-wall breakwater[j]. procedia engineering,2015,116

2、caoyufen, shi yang, bai yuchuan, et al. numerical modeling of permeable floatingbreakwater under the action of waves. 2018, si(85):1101-1105.

3、lamanto t. somervell,santosh g. thampi,a.p. shashikala. estimation of friction coefficient for double walled permeable vertical breakwater[j]. ocean engineering,2018,156.4、zhu y , li y , tao a , et al. numerical modeling of wave interaction with double curtain-wall breakwater[j]. procedia engineering, 2015, 116:1009-1018.

5、nejadkazem o , gharabaghi a r m . hydrodynamic behavior of curtainwall-pile breakwaters[j]. china ocean engineering, 2012(04):136-149.

6、nejadkazem o , mostafagharabaghi a . the permeability parameter of curtain-wall breakwaters[j]. journal of marine engineering technology, 2013, 12(1):27-33.