高次曲线型波浪试验尾端消波装置及其截面参数设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及海洋工程装备试验技术领域，尤其涉及一种高次曲线型波浪试验尾端消波装置及其截面参数设计方法，包括消波面层、主体框架与水槽，主体框架设置在水槽的一侧，主体框架与水槽之间相互固定连接，在消波面层和主体框架之间填充有吸波材料；消波面层用于直接承受波浪的拍击，消波面层包括有面层框架与多条消波辐条，面层框架与主体框架之间相互固定连接，面层框架与消波辐条长度方向相垂直方向的截面线形为高次曲线形状。本发明专利技术提供的消波装置截面形状参数设计方法原理清晰、算法简便、运算效率高，不仅适用于实验室波浪试验消波装置的设计，还可用于真实的沿海护岸、防波堤截面的设计，具有十分广阔的应用前景。具有十分广阔的应用前景。具有十分广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
高次曲线型波浪试验尾端消波装置及其截面参数设计方法


[0001]本专利技术涉及海洋工程装备试验
，尤其涉及一种高次曲线型波浪试验尾端消波装置及其截面参数设计方法。

技术介绍

[0002]目前，在海岸、近海或海洋工程领域，波浪是一种关键的水动力载荷。模拟波浪并研究其对结构物的作用或破坏机理，可帮助人们认识和利用波浪，以便为科学研究和工程设计提供技术支撑。海洋波浪的物理模拟是研究波浪理论的重要方法，也是解决各类波浪相关问题的重要手段。在波浪水池或水槽中准确模拟物理波浪场是目前研究波浪特性及其与涉海结构物相互作用的一种必不可少的试验技术，波浪模拟的精度将直接影响后续工程的安全与造价。波浪物理模拟的精度主要受控于两个重要因素：一是准确的造波，二是有效的消波。对于消波而言，由于波浪试验水池或水槽尺度的限制，当波浪传至水池或水槽的尾端边壁时，如果得不到有效的吸收，必将反射回来，从而在试验区域形成不期望得到的反射波浪场，进而与入射波场进行叠加，将严重影响试验区波浪场的模拟精度。
[0003]为解决波浪试验的尾端消波问题，通常采用的办法是在水槽的尾端安装消波装置，以达到吸收多余波浪能量的目的。目前，常见的尾端消波装置的断面形式一般为矩形、三角形或圆弧形，内部一般采用碎石、多孔板、板片、混凝土块等结构填充。
[0004]然而，现有波浪试验尾端消波技术虽有一定的消波效果，但主要存在以下两方面的问题，导致消波装置的消波效率较低。一是：目前大多数的消波面层设计成多孔板式或横梁式，消波面层过于平滑，导致波浪在爬升过程中与消波面层的相互作用时间过短，减弱了波浪水体向面层内渗的速率。二是：现有消波装置的截面形式不能兼顾长波和短波的吸收。根据波浪能耗机理，当吸收短波时，要求消波装置的倾斜角度越大越好，而当吸收长波时，要求消波装置的倾斜角度越小越好。现有消波装置的截面形式一般设计成简单的三角形或者圆弧形等，消波装置面层的倾斜角度要么过大、要么过小、要么为恒定值，无法解决兼顾短波和长波有效吸收的问题。
[0005]对此，本申请特提出一种高次曲线型波浪试验尾端消波装置及其截面参数设计方法以解决上述技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种高次曲线型波浪试验尾端消波装置及其截面参数设计方法，本专利技术的波浪试验消波装置的面层线形采用高次曲线，在消波装置的底端其斜坡角度为60
°
~90
°
，增大了短波与消波装置水下部分的相对作用面积，增加了波能耗散时间，提高了短波的能量衰减效率。本专利技术提供的消波装置截面形状参数设计方法原理清晰、算法简便、运算效率高，不仅适用于实验室波浪试验消波装置的设计，还可用于真实的沿海护岸、防波堤截面的设计，具有十分广阔的应用前景。
[0007]本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：高次曲线型波浪试验尾端消波
装置的截面参数设计方法，包括以下步骤：步骤S1:确定水槽波浪试验的基本参数，包括设计波浪周期T、设计波高H、设计水深h与造波平台高度H0，根据波浪模拟的需求，设计水深须大于或等于造波平台高度，即h≥H0；步骤S2:设计消波装置的距底高度H1，根据深水波浪的速度分布特征，消波装置的距底高度需小于造波平台的高度，即H1≤H0；步骤S3:设计消波装置断面外形参数，包括消波装置断面的最大宽度B和最大高度H
a
； 步骤S4:建立消波面层截面线形曲线坐标系，设消波面层截面线形曲线满足N次曲线方程：，式中n = 0, 1, 2,
…
, N,（N≥2），Kn为曲线方程的待定系数；步骤S5:计算高次曲线的待定系数，在消波装置的底端，曲线过原点(0, 0)，并设定该处的消波面层的曲线倾斜角度为 φ，φ为60
°
~90
°
，其方程为；在消波装置的顶部，曲线过消波装置的最高点(H
a
，B)，并设定该处的消波面层的曲线倾斜角度为 β，β为0
°
~10
°
，其方程为；步骤S6:设计消波辐条的安装倾斜角θ、宽度b以及安装间距D。
[0008]进一步，所述步骤S3中最大宽度B需充分考虑试验水槽中波浪的波长，最大宽度B按以下原则确定：，其中L0为根据设计波浪周期T和设计水深h计算的深水波长。
[0009]进一步，所述步骤S3中消波装置断面的最大高度H
a
按下式计算：截面参数设计方法，其特征在于：所述步骤S3中消波装置断面的最大高度H
a
按下式计算：H
a=
h
‑
H
1 +R，其中R为波浪的最大爬高，采用的波浪爬高计算公式为：。
[0010]进一步，所述步骤S5中波浪在水面线与消波装置交点处的爬坡斜率须等于消波装置的总体斜率，其方程为：。
[0011]进一步，所述步骤S6中消波辐条的宽度b在消波装置斜坡垂面上的投影高度等于s倍的波浪边界层厚度，即消波辐条的宽度b可根据下式计算：
，式中K
N
为消波装置斜坡的糙率系数，m、p和s均为经验系数。
[0012]进一步，所述步骤S6中消波辐条在消波装置斜坡上的投影面积与消波装置斜坡总面积之比为20%~40%，因此有：。进一步，所述步骤S6中消波辐条的安装倾斜角θ大于1.5~2.0倍的消波装置总体坡度，且消波辐条的安装倾斜角θ≤45
°
，即：。
[0013]一种实现上述方法的高次曲线型波浪试验尾端消波装置，包括消波面层、主体框架与水槽，所述主体框架设置在水槽的一侧，所述主体框架与水槽之间相互固定连接，在所述消波面层和主体框架之间填充有吸波材料；所述消波面层用于直接承受波浪的拍击，消波面层包括有面层框架与多条消波辐条，所述面层框架与所述主体框架之间相互固定连接，面层框架与消波辐条长度方向相垂直方向的截面线形为高次曲线形状；所述消波辐条之间相互平行排布，多条消波辐条均固定连接在面层框架上，消波辐条的长度方向与所述水槽的长度方向垂直，相邻两根消波辐条之间留有固定间距，消波辐条与面层框架之间呈安装倾斜角θ。
[0014]进一步，所述主体框架的形状为L型结构，主体框架的一侧与所述水槽的立面相互平行设置，主体框架的底部与所述水槽底部相互平行设置。
[0015]进一步，所述主体框架的底部固定连接有多条支撑立柱，所述主体框架通过支撑立柱固定连接在所述水槽的上端，所述吸波材料采用多层钢丝网、絮状高分子复合材料或球状聚乙烯填充材料中的任意一种。
[0016]本专利技术的优点在于：本专利技术提供了高次曲线型波浪试验尾端消波装置及其截面参数设计方法，具有以下优点：1、本专利技术的波浪试验消波装置的面层线形采用高次曲线，在消波装置的底端其斜坡角度为60
°
~90
°
，增大了短波与消波装置水下部分的相对作用面积，增加了波能耗散时间，提高了短波的能量衰减效率。
[0017]2、消波装置的面层线形曲线在水面线附件的斜率等于消波装置的总体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高次曲线型波浪试验尾端消波装置的截面参数设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1:确定水槽波浪试验的基本参数，包括设计波浪周期T、设计波高H、设计水深h与造波平台高度H0，根据波浪模拟的需求，设计水深须大于或等于造波平台高度，即h≥H0；步骤S2:设计消波装置的距底高度H1，根据深水波浪的速度分布特征，消波装置的距底高度需小于造波平台的高度，即H1≤H0；步骤S3:设计消波装置断面外形参数，包括消波装置断面的最大宽度B和最大高度H
a
；步骤S4:建立消波面层（1）截面线形曲线坐标系，设消波面层（1）截面线形曲线满足N次曲线方程：，式中n = 0, 1, 2,
…
, N,（N≥2），Kn为曲线方程的待定系数；步骤S5:计算高次曲线的待定系数，在消波装置的底端，曲线过原点(0, 0)，并设定该处的消波面层（1）的曲线倾斜角度为φ， φ为60
°
~90
°
，其方程为；在消波装置的顶部，曲线过消波装置的最高点(H
a
，B)，并设定该处的消波面层（1）的曲线倾斜角度为 β，β为0
°
~10
°
，其方程为；步骤S6:设计消波辐条（12）的安装倾斜角θ、宽度b以及安装间距D。2.根据权利要求1所述高次曲线型波浪试验尾端消波装置的截面参数设计方法，其特征在于：所述步骤S3中最大宽度B需充分考虑试验水槽（4）中波浪的波长，最大宽度B按以下原则确定：，其中L0为根据设计波浪周期T和设计水深h计算的深水波长。3.根据权利要求1所述高次曲线型波浪试验尾端消波装置的截面参数设计方法，其特征在于：所述步骤S3中消波装置断面的最大高度H
a
按下式计算：H
a=
h
‑
H
1 +R，其中R为波浪的最大爬高，采用的波浪爬高计算公式为：。4.根据权利要求1所述高次曲线型波浪试验尾端消波装置的截面参数设计方法，其特征在于：所述步骤S5中波浪在水面线与消波装置交点处的爬坡斜率须等于消波装置的总体斜率，其方程为：。5.根据权利要求1所述高次曲线型波浪试验尾端消波装置的截面参数设计方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳志文，欧阳群安，崔永刚，侯志强，严冰，
申请(专利权)人：交通运输部天津水运工程科学研究所，
类型：发明
国别省市：