获取浮式防波堤反射系数的方法技术

本发明专利技术公开了一种获取浮式防波堤反射系数的方法，属于海洋工程技术领域。本发明专利技术通过构建数值模拟水槽，采用质量源造波法造波，波高为H、周期为T；获取合成反射波的自由液面高度空间分布曲线；根据合成反射波的自由液面高度空间分布曲线求出合成反射波的波高H

【技术实现步骤摘要】
获取浮式防波堤反射系数的方法


[0001]本专利技术涉及获取浮式防波堤反射系数的方法，属于海洋工程


技术介绍

[0002]海洋中蕴含着众多丰富的资源，随着人类对海洋的认识逐渐加深，世界各国在海洋资源开发上的竞争日益加剧，我国拥有300万平方公里的海岸线，海洋资源丰富。国家越来越重视海洋经济的发展，政府着力使海洋经济成为我国经济发展的新引擎。然而海洋环境复杂多变的特征始终制约着人们对海洋资源的开发利用，因此为海上结构物提供有效防护成为学者们关注的课题。
[0003]浮式防波堤作为海洋工程中一类重要的防波堤结构，与其他传统的防波堤相比，可适应水深较大、大潮差等情况，具有较好的经济性和生态环保性，在海洋工程、海水养殖等海洋相关领域具有广阔的应用前景。作为兼具灵活性和防护性以及水体交换功能的浮式防波堤(浮堤)，近年来在海洋工程领域得到了广泛的关注，其反射系数、透射系数、耗散系数等水动力性能的研究也成为热点问题之一。
[0004]其中，浮堤反射系数的获取，目前多采用Goda两点法直接获取反射波波高和入射波波高进而获取反射系数的方法。通过此方法获取反射系数，容易受到水槽两端反射影响产生误差；另外，此方法对编程要求较高，对从事水动力研究初学者无形中增加了实施的难度，不利于激发广大研究学者的学习兴趣。李宏伟在 Goda两点法的基础之上借助Matlab采用曲线拟合方法求解三角级数完成反射系数获取，该方法虽然准确度高，但仍然需要编程，存在计算量大的特点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供获取浮堤反射系数的一种新方法。本专利技术借助计算流体力学数值模拟技术构建数值模拟水槽，采用质量源造波法造波，然后根据造波水槽自由液面空间分布数据进行获取浮堤反射系数。
[0006]相比于物理模型试验，借助计算流体力学(computational fluid dynamics， CFD)数值模拟技术实现造波具有以下优势：费用低、无比尺效应、可捕捉流动细节的优点。
[0007]质量源造波作为仅依靠数值模拟技术实现的造波方式，它是一种数值水槽内生波的方法，造波时将质量源放置在数值水槽之中，质量源持续的吸收和释放流体，造成水槽自由表面的震荡，水体在重力的恢复作用下生成波浪并向远处传播。相对于其他造波方法，例如边界造波和动板造波，质量源造波法可实现入射波和反射波可分别从数值水槽两端边界处流出，可有效消除波浪的二次反射，且质量源对其上方透过的波浪无影响。考虑到数值波浪水槽无比尺效应，本专利技术采用二维垂向平底水槽。本专利技术采用质量源法获取正向垂直浮体作用的单频线性规则波和弱非线性规则波与浮堤相互作用下的反射系数。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0009]一种获取浮式防波堤反射系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0010]构建数值模拟水槽，采用质量源造波法造波，波高为H、周期为T；
[0011]获取合成反射波的自由液面高度空间分布曲线；所述合成反射波由位于质量源左侧的反射波与位于质量源右侧的反射波合成；
[0012]根据合成反射波的自由液面高度空间分布曲线求出合成反射波的波高H
合
；
[0013]通过公式求得H
反
的值，其中，a＝H
合
/2，角A的弧度值等于相位差Φ的1/2，相位差Φ通过公式1求得；
[0014]求取反射系数：反射系数＝H
反
/H；
[0015]公式1包括：
[0016]若σ<0.25λ，相位差Φ＝(0.5λ
‑
2σ)*2π/λ；
[0017]若0.25λ≤σ<0.5λ，相位差Φ＝(2σ
‑
0.5λ)*2π/λ；
[0018]若0.5λ≤σ<0.75λ,相位差Φ＝(1.5λ
‑
2σ)*2π/λ；以及，
[0019]若0.75λ≤σ<λ，相位差Φ＝(2σ
‑
1.5λ)*2π/λ；
[0020]公式1中，π为圆周率，取3.1415；σ为L除以λ的余数；L为质量源与浮堤之间的距离；λ为入射波波长，λ根据造波参数利用波浪弥散方程求得。
[0021]其中，所述左侧波为造波源左侧的入射波和入射波撞击浮式防波堤以后反射回来的波矢量合成的波，所述右侧波为造波源右侧的入射波和入射波撞击浮式防波堤以后反射回来的波矢量合成的波，所述反射波是指入射波撞击浮式防波堤以后反射回来的波。
[0022]所述合成反射波的自由液面高度空间分布曲线是指波形稳定后的任意时刻的合成反射波的自由液面高度空间分布曲线。
[0023]所述合成反射波的自由液面高度空间分布曲线是将左侧波的自由液面高度空间分布曲线沿质量源轴对称到右侧与右侧波自由液面高度空间分布曲线作差而成。
[0024]所述入射波为水槽线性波或弱非线性规则波。
[0025]所述数值模拟水槽是借助计算流体力学数值模拟技术进行构建的，且为平底水槽；数值模拟水槽中采用海绵层吸波技术吸收衰减水槽末端波浪防止波浪在末端反射。海绵层设置于数值模拟水槽的出水端。
[0026]本专利技术获取浮式防波堤反射系数的原理说明如下：
[0027]在采用二维垂向平底水槽、质量源造波的条件下，入反射波合成以后波形稳定情况下入射波、反射波存在如公式2
‑
4所示的规律，其中波浪运动方向向右为正，向左为负。
[0028]η对称＝
‑
η左＝η入射波+η反射波1ꢀꢀꢀꢀ
公式2；
[0029]η右＝η入射波
‑
η反射波2ꢀꢀꢀꢀꢀ
公式3；
[0030]为了得到两段反射波的矢量合成，将公式2和公式3作差得公式4：
[0031]η对称
‑
η右＝
‑
η左
‑
η右＝η反射波1+η反射波2＝η合
ꢀꢀꢀ
公式4；
[0032]其中，η对称是指质量源左侧自由液面高度沿质量源轴对称到质量源右侧后的自由液面高度；
[0033]η左是指质量源左侧自由液面高度；
[0034]η右是指质量源右侧自由液面高度；
[0035]η入射波是指由质量源发出的向左侧、右侧传播但未发生反射波叠加情况下的自由液面高度；
[0036]η反射波1是指位于质量源左侧的反射波的自由液面高度；
[0037]η反射波2是指位于质量源右侧的反射波的自由液面高度；
[0038]η反射波1和η反射波2为入射波撞击浮式防波堤以后反射回来的波，被质量源人为分成两段的反射波；
[0039]η合是指合成反射波的自由液面高度。
[0040]由公式4可以得出，将左侧波的自由液面高度空间分布曲线沿质量源对称到右侧与右侧波自由液面高度空间分布曲线作差，可以获得由反射波1与反射波2合成的合成反射波的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.获取浮式防波堤反射系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：构建数值模拟水槽，采用质量源造波法造波，波高为H、周期为T；获取合成反射波的自由液面高度空间分布曲线；所述合成反射波由位于质量源左侧的反射波与位于质量源右侧的反射波合成；根据合成反射波的自由液面高度空间分布曲线求出合成反射波的波高H
合
；通过公式求得H
反
的值，其中，a=H
合
/2，角A的弧度值等于Φ/2，Φ通过公式1求得；获取反射系数：反射系数=H
反
/H；公式1包括：若σ<0.25λ，Φ=（0.5λ
‑
2σ）*2π/λ；若0.25λ≤σ<0.5λ，Φ=(2σ
‑
0.5λ)*2π/λ；若0.5λ≤σ<0.75，Φ=(1.5λ
‑
2σ)*2π/λ；以及，若0.75λ≤σ<，Φ=(2σ
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛国旭，陈耀勇，徐仁乾，范宁，杨仲贺，张保昌，金恒，
申请(专利权)人：温州科技职业学院，
类型：发明
国别省市：