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孤立波作用下组合型港池共振响应的数值研究

赵松颖 郝嘉凌 杨氾 董洪汉 王强

赵松颖, 郝嘉凌, 杨氾, 董洪汉, 王强. 孤立波作用下组合型港池共振响应的数值研究[J]. 水利水运工程学报, 2018, (6): 36-47. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.06.005
引用本文: 赵松颖, 郝嘉凌, 杨氾, 董洪汉, 王强. 孤立波作用下组合型港池共振响应的数值研究[J]. 水利水运工程学报, 2018, (6): 36-47. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.06.005
ZHAO Songying, HAO Jialing, YANG Fan, DONG Honghan, WANG Qiang. Numerical study on resonance response of a combined harbor to a solitary wave[J]. Hydro-Science and Engineering, 2018, (6): 36-47. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.06.005
Citation: ZHAO Songying, HAO Jialing, YANG Fan, DONG Honghan, WANG Qiang. Numerical study on resonance response of a combined harbor to a solitary wave[J]. Hydro-Science and Engineering, 2018, (6): 36-47. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.06.005

孤立波作用下组合型港池共振响应的数值研究

doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.06.005
基金项目: 

国家重点研发计划资助项目 2017YFC1404200

国家自然科学基金重点项目 5139005

国家自然科学基金青年项目 51409094

南京水利科学研究院院基金项目 Y214011

详细信息
    作者简介:

    赵松颖(1993—),男,山东聊城人,硕士研究生,主要从事港口海岸水动力学研究。E-mail: zhaosy1993@126.com

  • 中图分类号: TV139.2

Numerical study on resonance response of a combined harbor to a solitary wave

  • 摘要: 港池受到孤立波入射时会在港池内激发多种模态的共振响应。为进一步研究不同平面布置形式港池的响应特性和共振规律,建立不同内外港池长度和连接位置的组合型港池,采用基于Boussinesq方程的波浪数值模型MIKE 21-BW模拟了孤立波作用下组合型港池的共振响应,对数值模拟的结果进行频谱分析和波幅分布测定并与现有理论值比较。结果表明,孤立波正向入射组合型港池激发的主要响应模态的频率和与其长度相等的细长港池的理论固有频率接近,各主要共振模态的振幅与内外港池的长度和两港池口门的距离有密切关系;波浪入射方向和港池内边界反射条件的改变对狭长组合型港池中形成的各共振模态的形状影响不大,但是增大港池宽度会使港池内激发明显的横向共振。最后提出了消减港湾共振的平面布置形式,可为实际工程设计提供指导。
  • 图  1  细长港池平面布置

    Figure  1.  Layout of narrow long harbor

    图  2  细长港池测点1波浪频谱

    Figure  2.  Amplitude spectrum at point 1 of the narrow long harbor

    图  3  内外港池长度变化下组合型港池平面布置

    Figure  3.  Layout of combined harbor with change of length of inner and outer harbors

    图  4  内外港池长度变化下各测点的共振模态的响应频率和振幅

    Figure  4.  Response frequency and amplitude of resonance modes at each measurement point under changes of length of inner and outer harbors

    图  5  内部港池和外部港池位置示意

    Figure  5.  The location illustration of inner and outer harbors

    图  6  内外港池长度变化时其他类型共振的波幅分布

    Figure  6.  Amplitude distribution of other types of resonances with change of length of inner and outer harbors

    图  7  连接位置变化下组合型港池平面布置

    Figure  7.  Layout of combined harbor with change of connecting position

    图  8  连接位置变化下测点1和测点2前两个共振模态的响应频率和振幅

    Figure  8.  Response frequency and amplitude of first two resonant modes at point 1 and point 2 with change of connecting position

    图  9  内部港池和外部港池位置示意

    Figure  9.  Location illustration of inner and outer harbors

    图  10  连接位置变化时其他类型共振的波幅分布

    Figure  10.  Amplitude distribution of other types of resonances with change of connecting position

    图  11  入射波传播方向

    Figure  11.  Schematic diagram of incident wave propagation direction

    图  12  全反射与部分反射边界有效波高差值(单位:cm)

    Figure  12.  Significant wave height difference between total reflection and partial reflective boundary(unit: cm)

    图  13  港内测点布置

    Figure  13.  Schematic diagram of measuring points in harbor

    图  14  港池宽度变化下各测点的共振模态的响应频率和振幅

    Figure  14.  Response frequency and amplitude of resonance modes at each measurement point under changes in width of harbor

    图  15  宽度为4.8 m的组合型港池中测点1和测点3波浪频谱比较

    Figure  15.  Comparison of wave spectra of measuring points 1 and 3 in combined harbor with a width of 4.8 m

    图  16  不同宽度港池中横向共振的波幅分布

    Figure  16.  Amplitude distribution of transverse resonance in harbors with different widths

    表  1  细长港池测点1的响应频率和理论共振频率

    Table  1.   Response frequency and natural frequency at point 1 in the narrow long harbor

    共振模态模拟频率fy/Hz理论频率fm/Hz相对误差ε =|fy-fm|/fy×100%
    第1共振模态0.0350.0335.98
    第2共振模态0.1070.1024.12
    第3共振模态0.1790.1733.08
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    表  2  内外港池长度变化时其他类型共振的响应频率和理论共振频率

    Table  2.   Response frequency and theoretical resonance frequency of other types of resonances with changes of length of inner and outer harbors

    位置共振模态n模拟频率fy/Hz理论频率fm/Hz相对误差ε=|fy-fm|/fy×100%
    壁面1-2 (c=5.7 m)30.5540.5570.54
    壁面1-2 (c=6.7 m)30.5100.5060.78
    壁面1-2 (c=8.0 m)40.5460.5541.47
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    表  3  连接位置变化时其他类型共振的响应频率和理论共振频率

    Table  3.   Response frequency and theoretical resonance frequency of other types of resonances with change of connecting position

    位置共振模态n模拟频率fy/Hz理论频率fm/Hz相对误差ε=|fy-fm|/fy×100%
    壁面1-2 (e=1.0 m)30.3510.3581.99
    壁面1-2 (e=0.5 m)40.4500.4510.22
    壁面1-2 (e=0.5 m)50.5230.5301.34
    壁面1-3 (e=3.0 m)20.2150.2035.58
    壁面1-3 (e=5.0 m)20.1860.1803.23
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    表  4  不同波浪入射方向下组合型港池主要共振模态的频率

    Table  4.   Frequency of main resonant modes of a combined harbor in different wave directions

    Hz
    入射波方向与
    岸线夹角
    c=10.0 mc=16.0 me=5.8 m
    第1共振模态第2共振模态第3共振模态第1共振模态第2共振模态第3共振模态第1共振模态第2共振模态
    45°0.0350.1070.1760.0350.1040.1720.0440.092
    60°0.0350.1080.1760.0350.1050.1740.0430.092
    120°0.0350.1070.1760.0370.1040.1720.0440.092
    135°0.0350.1070.1760.0350.1050.1740.0440.093
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    表  5  不同反射边界条件下内部港池长度c=10.0 m的组合型港池共振模态比较

    Table  5.   Comparison of resonant modes of combined harbor with inner pool length c=10.0 m under different reflective boundary conditions

    边界条件第1共振模态第2共振模态第3共振模态
    振幅/cm频率/Hz振幅/cm频率/Hz振幅/cm频率/Hz
    部分反射(反射系数0.4)1.760.0350.860.1080.280.177
    全反射1.790.0350.880.1070.280.176
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    表  6  不同反射边界条件下偏移量e =2.0 m的组合型港池共振模态比较

    Table  6.   Comparison of resonant modes of the combined harbor with offset e=2.0 m under different reflective boundary conditions

    边界条件测点1测点2
    第1共振模态第2共振模态第1共振模态第2共振模态
    振幅/cm频率/Hz振幅/cm频率/Hz振幅/cm频率/Hz振幅/cm频率/Hz
    部分反射(反射系数0.4)1.480.0371.150.1071.090.0370.970.107
    全反射1.570.0381.120.1111.140.0380.950.111
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-03-16
  • 刊出日期:  2018-12-01

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