波浪變態(tài)模型試驗(yàn)的比尺影響研究.pdf

1、近年來，隨著港口工程建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大(如大窯灣實(shí)際工程)，使得波浪物理模型試驗(yàn)所涉及的工程水域也逐漸加大，受實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地的限制，采用正態(tài)模型進(jìn)行試驗(yàn)，模型的水深和波高都可能太小，試驗(yàn)精度將難以保證，為此需要考慮進(jìn)行幾何變態(tài)模型試驗(yàn)。但在進(jìn)行變態(tài)物理模型試驗(yàn)時(shí)，對(duì)于波浪折射、繞射和反射的影響都較顯著的情形，由于波浪運(yùn)動(dòng)相似關(guān)系難以同時(shí)得到滿足，模型中觀測(cè)到的現(xiàn)象和測(cè)定的數(shù)據(jù)換算到原型中時(shí)所產(chǎn)生的實(shí)際偏差可能較大，導(dǎo)致了變態(tài)模型試驗(yàn)結(jié)果目前

2、還不能被工程界廣泛的接受。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算方法的不斷進(jìn)步，數(shù)學(xué)模型越來越成為一種解決水利工程問題的主要手段，它具有計(jì)算方案多、周期短、費(fèi)用少的巨大優(yōu)勢(shì)。利用數(shù)學(xué)模型研究模型試驗(yàn)的變率問題，并用于指導(dǎo)物理模型試驗(yàn)，具有重要的意義和應(yīng)用前景。 本文首先基于DHI的MIKE21軟件系統(tǒng)中的Boussinesq模塊，應(yīng)用傳統(tǒng)的波浪運(yùn)動(dòng)相似關(guān)系，建立了簡(jiǎn)單地形下以波浪折射和繞射為主的多個(gè)不同變率的變態(tài)模型，并對(duì)不同變率模

3、型的港內(nèi)波高分布進(jìn)行了模擬。入射波浪為隨機(jī)波，變態(tài)率取為1～3。通過不同變態(tài)模型計(jì)算結(jié)果和正態(tài)模型計(jì)算結(jié)果以及原型數(shù)值計(jì)算結(jié)果的比較，就變率對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響進(jìn)行了探討，并給出了不同情況下變率允許值的適用范圍。 在此基礎(chǔ)上對(duì)大窯灣港區(qū)水域進(jìn)行了以折射相似為主和以繞射相似為主的數(shù)值計(jì)算。為了解決正態(tài)模型計(jì)算結(jié)果與原型數(shù)值計(jì)算結(jié)果吻合很好，但變態(tài)模型結(jié)果偏差較大的問題。本文嘗試采用將正態(tài)模型時(shí)間比尺應(yīng)用到變態(tài)模型中并反推出變態(tài)模型波長(zhǎng)

4、比尺的方法，得到了一種不同的波浪運(yùn)動(dòng)相似關(guān)系即λL=λι·λthkh。通過不同波長(zhǎng)比尺條件下變態(tài)模型的計(jì)算結(jié)果表明，該相似關(guān)系條件下的變態(tài)模型計(jì)算結(jié)果與原型數(shù)值計(jì)算結(jié)果的誤差要明顯小于波浪折射和繞射相似的情況，并且針對(duì)不同波浪入射方向以及不同變率情況對(duì)該相似關(guān)系進(jìn)行了驗(yàn)證。另外，在該相似關(guān)系的基礎(chǔ)上對(duì)波浪要素的影響進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明，波高對(duì)變態(tài)模型計(jì)算結(jié)果的誤差影響不大，但周期的影響較明顯。 本文進(jìn)一步以波浪折射、繞射和反