《海洋工程环境》第4章海洋波浪.ppt

* 海洋工程环境 * 4.4 .2. 波浪折射 波浪传至浅海近岸时，波速减小，引起波向变化 深水 浅水 h1 > h2 c1 > c2 ?1 > ?2 波向趋向与等深线垂直，波峰线趋向与等深线平行 在浅水区波向线辐聚（海岬）， 波高会因折射增大； 在浅水区波向线辐散（海湾），波高会因折射减小 * 4.4 .3. 波高变化 海岬（辐聚）波高增大KR >1，海湾（辐散）波高减小KR <1 等深线平行于海岸时，不发生波浪折射 浅水系数KS，表5－9：波动能量传递速度对波高的影响 折射系数KR：折射对波高的影响 由于海底摩擦，能量守恒 水深变浅，局部波高会增大，是造成港岸堤坝破坏的主要原因 * 4.4 .4. 波浪破碎、反射和绕射 波浪破碎：波陡H/?较高 波峰水质点速度≥波速 深水：Stokes 波 极限波陡(H/?)max=0.142 浅水：极限波陡(H/?)max=0.142tanhkh 极限波高(H/h)max=0.78 波浪破碎对海岸工程有很大冲击力和破坏性 反射：遇到岸壁或障碍物，部分反射或全反射（驻波） 反射系数（0～1） 绕射：遇到障碍物绕到后面水域继续传播 绕射系数 绕射波波高减小 * 4.5 波浪力 根据结构物的特征尺度，可以分为小尺度构件和大尺度结构两种不同类型。其划分标准为： 为小尺度构件 ? 不影响波浪传播； 为大尺度构件 ?影响波浪传播。 例：自升式平台：D = 1m, ?=100m, D/ ? = 0.1 半潜式平台：D = 100m, ? = 300m, D/ ? = 0.3 对于小尺度构件 ，通常可以用二维方法处理：Morison方程法， 对于大尺度构件 ，通常可以用绕射理论解析计算方法。 * 5.5.1 莫里森公式 物理模型： 圆柱(桩柱)：直径D，一端垂直刚性固定在海底，另一端露出水面； 水域：刚性海底平行静止水面，水深 h, 自由表面为线性波； 坐标系：xoz: x ? 在海底，波速方向； z ? 垂直静止水面向上，与桩柱中心轴重合； 原点于桩柱中心轴与ox轴交点。 * Morison方程 式中： 波浪水质点水平速度分量， 波浪水质点 水平加速度分量。 为dz长圆柱迎流面积。 为dz尺度圆柱排水体积。 Fd为速度力。 Fi为惯性力。 dz长度上所受波浪力： * 其中：第一项为单位长度圆柱上的阻力(Drag)， 第二项为单位长度圆柱上的惯性力。 为相对于迎流面积的阻力系数。 为相对于迎流面积的质量系数。 * 线性波：水质点的速度和加速度 整个圆柱上的波浪力总和 * 其中：第一项为单位长度圆柱上的阻力(Drag)， 第二项为单位长度圆柱上的惯性力。 为相对于迎流面积的阻力系数。 为相对于迎流面积的质量系数。 单位长度圆柱上的波浪力 * 单位长度圆柱上的波浪力，x=0 速度力和惯性力相差90°，fmax？ P113中三种情况 * 整个圆柱上的波浪力总和 作业 P114算例 * * Kc 为 周期参数（Keulegan-Carpenter ）： 为水质点按水平速度幅值在一个震荡周期所移动的距离与圆柱直径之比的?倍。 Re 为 流场雷诺数： 为表面粗糙度，k为粗糙厚度 图5－22，5－23，5-24 圆柱表5－10，非圆截面表5－11 流体动力系数 * 震荡流 惯性力为主要成分 准均匀流 阻力为主要成分 中间流 惯性力与阻力为成分相当 * 大尺度构件 ?绕射理论 P118 公式5－74 * 海洋工程环境 * 4.4 .2. 波浪折射 波浪传至浅海近岸时，波速减小，引起波向变化 深水 浅水 h1 > h2 c1 > c2 ?1 > ?2 波向趋向与等深线垂直，波峰线趋向与等深线平行 在浅水区波向线辐聚（海岬）， 波高会因折射增大； 在浅水区波向线辐散（海湾），波高会因折射减小 * 4.4 .3. 波高变化 海岬（辐聚）波高增大KR >1，海湾（辐散）波高减小KR <1 等深线平行于海岸时，不发生波浪折射 浅水系数KS，表5－9：波动能量传递速度对波高的影响 折射系数KR：折射对波高的影响 由于海底摩擦，能量守恒 水深变浅，局部波高会增大，是造成港岸堤坝破坏的主要原因 * 4.4 .4. 波浪破碎、反射和绕射 波浪破碎：波陡H/?较高 波峰水质点速度≥波