开孔率对明基床上开孔沉箱波浪反射系数影响的数值研究.doc

开孔率对明基床上开孔沉箱波浪反射系数影响的数值研究近年来,由于实体直墙防波堤结构容易在堤前发生“全反射”现象,使波浪对结构产生较大的冲击力,造成破坏,因此,越来越多的低反射防波堤在港口工程建设中得到广泛关注和应用。开孔沉箱防波堤结构型式自提出以来,因其具有显著的消浪效果、工程造价低的特点,在码头、护岸等实际工程建设上得到了广泛使用,同时也是众多科研学者共同关注的课题。迄今为止,有关开孔沉箱的物理模型试验研究成果比较全面,而数值模型试验方面的研究成果相对较少,且关于开孔沉箱的物模试验研究成果(包括《防波堤设计与施工规范》)中,开孔率μ通常以线性关系反映在开孔沉箱波浪反射系数K_r的计算公式中,适用范围为0.2~0.4。但当μ<0.2或μ>0.4时,开孔率μ对波浪反射系数K_r的影响规律尚需进一步的研究及探讨。本文紧贴实际工程需求,模拟了波规则、不规则波与可渗明基床上开孔沉箱的相互作用过程,研究了开孔率μ对可渗明基床上开孔沉箱波浪反射系数K_r的影响规律。本文基于体积平均-雷诺平均N-S方程,借助CLEAR-VOF方法实现对自由水面的追踪,用体积平均后的k-ε方程处理湍流效应,利用三步有限元方法对方程进行数值离散求解,建立了数值波浪水槽,在扩大的开孔率取值范围内,研究了开孔率对波浪反射系数的影响规律。本文数值模型计算值与其他学者的物模试验值吻合良好,在0.2≤μ≤0.4的范围内,物模试验拟合的经验关系式及《防波堤设计与施工规范》中波浪反射系数的计算公式用线性关系描述开孔率μ对反射系数K_r的影响是合适的。当μ>0.4时,本文数模值和物模试验拟合的经验关系式的趋势是一致的。当μ<0.2时,开孔沉箱反射系数K_r随开孔率μ的减小而增大,用物模试验拟合的经验关系式及《防波堤设计与施工规范》中波浪反射系数计算式的线性关系描述开孔率μ对反射系数K_r的影响是不恰当的。研究成果对开孔沉箱消浪机理的深入认识和开孔沉箱结构的优化设计具有重要意义。