人工魚礁在波浪作用下的流場效應(yīng)及其局部沖刷數(shù)值模擬.pdf

1、 天津大學(xué)碩士學(xué)位論文 人工魚礁 人工魚礁在波浪作用下的流場效應(yīng)及其局 波浪作用下的流場效應(yīng)及其局部沖刷數(shù)值模擬 部沖刷數(shù)值模擬 Numerical Simulation on Wave-affected Flow Field and Local Scour of Artificial Reefs 一級(jí)學(xué)科：流體力學(xué) 學(xué)科專業(yè)：流體力學(xué) 作者姓名：李欣雨 指導(dǎo)教師：劉長根 副教授 天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 二零一六年五月 I 中文摘要 中文

2、摘要 人工魚礁能起到修復(fù)海洋生態(tài)環(huán)境， 養(yǎng)護(hù)海洋漁業(yè)資源的作用， 在近岸海域得到廣泛投放。一般情況下，魚礁投放在較深海域，研究其流場效應(yīng)時(shí)僅考慮潮流作用。 但某些以生態(tài)修復(fù)為目的的人工魚礁也被投放在較淺海域， 距離海岸較近，水深較淺，波浪對(duì)人工魚礁的流場效應(yīng)會(huì)造成較大影響，如天津大神堂海域人工魚礁建設(shè)區(qū)就位于水深較淺的渤海灣北部， 連續(xù)三年對(duì)大神堂人工魚礁區(qū)的現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)， 放置在海底的人工魚礁礁體的泥沙沉積有逐年上升的趨勢， 對(duì)人工魚

3、礁的功能造成了損害。 因此對(duì)研究波浪作用下人工魚礁的流場效應(yīng)及其局部沖刷對(duì)魚礁的設(shè)計(jì)和運(yùn)行安全具有重要的意義。 本文基于 Fluent 軟件建立了數(shù)值波浪水池， 經(jīng)驗(yàn)證后， 對(duì)波浪作用下人工魚礁附近的流場進(jìn)行了數(shù)值模擬， 提出利用魚礁前后渦尺度作為衡量流場效應(yīng)的方法，分析了不同波高、波周期以及不同魚礁間距條件下人工魚礁的流場效應(yīng)。結(jié)果表明， 波浪對(duì)人工魚礁的流場效應(yīng)具有明顯的影響， 當(dāng)周期不變， 波高從 0.5m增大到 0.9m，魚礁周

4、圍的渦旋尺度增大了 103%，渦的尺度 L 與魚礁邊長 l 的比值 L/l 由 2.30 增長到 4.66；而波高不變，周期從 3s 增大到 5s 時(shí)，魚礁周圍的渦旋尺度增大了 130%，L/l 由 2.30 增長到 5.32。當(dāng)間距與波長的比在一定范圍之內(nèi)，兩個(gè)魚礁的渦的尺度均會(huì)增大，超過一定范圍后，渦的尺度減小到與單一魚礁相同條件下渦的尺度接近。 基于 Flow-3D 軟件， 建立了可以用來模擬魚礁局部沖刷的數(shù)值水池， 利用人工魚礁

5、周圍流場和圓柱體周圍局部沖刷的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來驗(yàn)證其在流場和局部沖刷方面的準(zhǔn)確性。 并對(duì)大神堂海域的兩種不同開孔的人工魚礁局部沖刷進(jìn)行了數(shù)值模擬， 比較了魚礁的不同開孔大小和來流速度對(duì)魚礁局部沖刷的影響。 結(jié)果表明，大窗箱型魚礁由于開孔較大， 魚礁前方形成的下降水流較弱， 無法有效地掀起泥沙，因此沖刷深度較淺。而大小窗箱型魚礁開孔較小，前方的下降水流較強(qiáng)，底部的渦旋較大，因此沖刷深度也較深。當(dāng)來流速度介于 0.3m/s~0.6m/s 之間時(shí)，