張洪雨，張?chǎng)?/p>

哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001

多層變孔徑傾斜孔板式消波裝置的試驗(yàn)研究

張洪雨，張?chǎng)?/p>

哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001

為了縮短波浪水槽內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)的“等水”時(shí)間，同時(shí)為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)波浪水槽中進(jìn)行的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究提供更為接近實(shí)際的工作環(huán)境，提出了一種新型的變孔徑傾斜孔板式消波裝置，并對(duì)該裝置的消波性能進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。通過(guò)物理模型試驗(yàn)，對(duì)該裝置在不同波長(zhǎng)、波高、水深條件下，孔板傾角、間距對(duì)反射、透射和消波系數(shù)的影響進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究分析。另外，還對(duì)該裝置在實(shí)際工作環(huán)境中的消波效果進(jìn)行了探討。研究結(jié)果表明:試驗(yàn)范圍內(nèi)，孔板傾角越小，消波性能越好;相對(duì)消波區(qū)域長(zhǎng)度相近時(shí)，板間距適當(dāng)減小有助于提高消波性能;該裝置能極好地應(yīng)用于實(shí)際消波工作。

變孔徑傾斜孔板式消波裝置;試驗(yàn);反射;透射;消波系數(shù);消波性能

網(wǎng)絡(luò)出版地址: http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1191.U.20150727.1031.007.html

隨著人們對(duì)于波浪方面的研究逐漸深入，波浪水槽成為研究波浪運(yùn)動(dòng)特性和機(jī)理的重要設(shè)備。然而，造波機(jī)產(chǎn)生的波浪傳播到水槽盡頭產(chǎn)生的反射波往往會(huì)對(duì)模型的實(shí)際工作環(huán)境產(chǎn)生影響，甚至導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無(wú)法正常進(jìn)行。此外，在進(jìn)行完一組實(shí)驗(yàn)后會(huì)浪費(fèi)大量“等水”的寶貴時(shí)間，延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)周期。因此，需要開發(fā)出能夠安置在波浪水槽中的消波裝置以消除波浪反射的不良影響?，F(xiàn)在，對(duì)消波裝置的開發(fā)已經(jīng)被越來(lái)越多的水槽實(shí)驗(yàn)室所重視。對(duì)于不同的消波裝置，其消波效果是不同的，而消波性能的好壞會(huì)直接影響到波浪水槽試驗(yàn)的精度。有必要研究開發(fā)新式的消波結(jié)構(gòu)，達(dá)到更好的消波效果。

目前有關(guān)港工方面的消波結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究資料較為豐富，國(guó)內(nèi)外在消波結(jié)構(gòu)方面也取得了一定的進(jìn)展。Ursell［1］首先研究了無(wú)限水深時(shí)直立擋板的透射系數(shù)，并給出了精確解; Sheng-WenTwu和Cheng-Chung Chieu［2］對(duì)單層和多層孔隙率不同的透空材料組成的防波堤的反射系數(shù)和透射系數(shù)進(jìn)行了研究比較，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)寬度比較窄的時(shí)候，結(jié)構(gòu)層數(shù)越多消浪效果越明顯。Kyung-Duck Suh和Yeul Woo Kim［3］通過(guò)已知變量出發(fā)推導(dǎo)出可用于預(yù)測(cè)多種結(jié)構(gòu)類型(包括透空墻)的反射系數(shù)和透射系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式;王國(guó)玉［4］對(duì)多層孔板組成的透空式防波堤結(jié)構(gòu)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，比較分析了不同因素影響下防波堤透射系數(shù)以及反射系數(shù)的變化規(guī)律;汪宏［5］對(duì)開孔率不同的雙層開孔直立式消波板的消波性能進(jìn)行了研究，分析了透射系數(shù)隨波陡、相對(duì)水深及板間距等因素的變化情況;那婧［6］對(duì)透空管式防波堤的消浪性能進(jìn)行了研究，得出了該結(jié)構(gòu)的反射系數(shù)及透射系數(shù)與堤頂寬度、斜率、波陡間的關(guān)系;楊甜麗［7］設(shè)計(jì)了由上下2部分組成的新型防波堤結(jié)構(gòu)，下部的樁基起支撐作用，消波依靠上部開孔的半圓體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，研究分析了開孔率、波陡、水深、相對(duì)板寬和浸水深度對(duì)反射系數(shù)、透射系數(shù)和消波系數(shù)的影響;周效國(guó)［8］研究了多層直立開孔擋板透空式防波提的消浪性能在板距布置方式及波要素影響下的變化規(guī)律;蘭波［9］研究了波浪水池中幾種消波裝置的反射系數(shù)并總結(jié)了它們的消波效果。

雖然國(guó)內(nèi)外的研究已經(jīng)取得了很多的成果，但波浪與不同種類的透空式消波結(jié)構(gòu)的相互作用情況復(fù)雜，需要進(jìn)一步的研究。文中提出一種由多層變孔徑傾斜式孔板組成的消波結(jié)構(gòu)。通過(guò)改變波長(zhǎng)、波高、水深和孔板傾角及間距5個(gè)因素來(lái)分析研究該消波裝置的消波效果，為將來(lái)的消波結(jié)構(gòu)分析研究提供依據(jù)。

1　物理模型及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1物理模型設(shè)計(jì)

變孔徑傾斜孔板式消波裝置總長(zhǎng)約3 m，寬度78 cm(水槽寬度80 cm)，可傾斜孔板15層，起始孔板水平間距12 cm，多層孔板與水平面夾角大小可通過(guò)裝置后端角度調(diào)節(jié)架間斷性調(diào)節(jié)成30°、45°、60°、75°和90°等5個(gè)角度，采用可傾斜的多層孔板是從消耗波浪能量的角度出發(fā)，當(dāng)行進(jìn)的波浪進(jìn)入消波裝置，在水平方向上通過(guò)層層孔板，其動(dòng)能逐漸消耗，同時(shí)，隨著波浪在豎直方向上的起落，其勢(shì)能也能得到相應(yīng)的消耗。裝置的多層孔板上的孔徑是自波浪所來(lái)方向由大到小變化的，以3塊為單位遞減，大小依次為7、6、5、4、3 cm。前面采用孔徑大的孔板是為了使波浪剛開始遇到消波裝置時(shí)產(chǎn)生盡量小的反射，而使行進(jìn)的波浪進(jìn)入到裝置內(nèi)部。隨后孔板的孔徑逐漸變小，增大了消波力度，達(dá)到了使波浪逐層消除的目的。后面采用孔徑小的孔板是為了增大阻尼，減少波浪透射，并且此處產(chǎn)生的反射波反方向行進(jìn)時(shí)依然能夠得到層層消除。該裝置的多層孔板能夠充分利用與波浪進(jìn)行相互作用而起到較好的消波效果。裝置及其孔板如圖1。

圖1　消波裝置軸測(cè)圖及孔板示意

1.2試驗(yàn)設(shè)備和方法

試驗(yàn)在哈爾濱工程大學(xué)力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室波浪水槽進(jìn)行，水槽的長(zhǎng)度33 m，寬0.8 m，最大水深1 m。造波機(jī)為推板式，可造規(guī)則波浪周期范圍0.5～5 s，波高0.03～0.25 m。實(shí)驗(yàn)時(shí)消波裝置安裝于造波機(jī)前方18 m處，在距離消波裝置前后兩端各3 m處分別設(shè)置一組測(cè)量設(shè)備，每組測(cè)量設(shè)備包含2個(gè)浪高儀，從前之后分別編號(hào)為①～④。布置方式如圖2。

圖2　試驗(yàn)布置圖

所有浪高儀通過(guò)DJ800型水工數(shù)據(jù)采集儀與電腦連接采集數(shù)據(jù)。試驗(yàn)選取5個(gè)水深，分別為45、50、55、60和65 cm，每組水深對(duì)應(yīng)得將消波裝置的多層孔板與水平面的夾角分別調(diào)整為30°、45°、60°、75°和90°進(jìn)行試驗(yàn)。在各個(gè)水深各個(gè)傾角時(shí)，造波板所造規(guī)則波的波長(zhǎng)與波高對(duì)應(yīng)情況如表1。

表1　波長(zhǎng)與波高試驗(yàn)組合表

當(dāng)造波機(jī)所造波的波長(zhǎng)發(fā)生變化時(shí)，需要調(diào)整每組測(cè)量設(shè)備的2個(gè)浪高儀的間距，試驗(yàn)時(shí)基本保持2個(gè)浪高儀的間距ΔL為所造波長(zhǎng)的三分之一，以滿足Goda［10］兩點(diǎn)法計(jì)算反射系數(shù)的要求，對(duì)應(yīng)的調(diào)整數(shù)據(jù)如表2所示。

表2　浪高儀間距調(diào)整表　m

對(duì)應(yīng)每組工況，造波機(jī)工作時(shí)間取3 min，浪高采樣間隔0.01 s。一組數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，等到水槽中水面完全靜止后再進(jìn)行下一組試驗(yàn)，以防止水面殘余波動(dòng)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

孔板間距為12 cm試驗(yàn)結(jié)束后，將孔板間距變?yōu)? cm，重復(fù)之前試驗(yàn)步驟一次，記錄試驗(yàn)結(jié)果。

為了探究消波裝置實(shí)際應(yīng)用時(shí)的消波效果，撤去水槽末端的消波網(wǎng)，將本試驗(yàn)消波裝置移到波浪水槽的末端，將消波裝置的多層孔板傾角設(shè)定為30°狀態(tài)，板間距為12 cm，消波裝置前端3 m處設(shè)置一組浪高儀，編號(hào)為③、④，消波裝置前端13 m處設(shè)置第2組浪高儀，編號(hào)為①、②，試驗(yàn)布置如圖3所示。

圖3　試驗(yàn)布置圖2

試驗(yàn)選取固定水深60 cm，造波的波長(zhǎng)和波高做適當(dāng)調(diào)整，所造波浪依然為規(guī)則波。試驗(yàn)采集方式不變，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。同樣，每組工況至少重復(fù)3次，處理數(shù)據(jù)時(shí)取多次結(jié)果的平均值。

2　試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)主要探討了多層變孔徑傾斜孔板式消波裝置位于水槽中后部時(shí)，在入射波的波長(zhǎng)、波高及水深等外部因素變化的情況下，不同傾角和間距時(shí)的反射系數(shù)、透射系數(shù)和消波系數(shù)的變化規(guī)律，從而更好地優(yōu)化消波裝置的消波效果，并分析了消波裝置位于水槽末端時(shí)，應(yīng)用于實(shí)際工作環(huán)境下的消波效果。其中反射系數(shù)Kr為消波裝置前部一次反射波波高與入射波波高的比值，透射系數(shù)Kt為消波裝置后部透射波波高與入射波波高的比值，消波系數(shù)K=1－Kr－Kt。因試驗(yàn)組次較多，無(wú)法將所有試驗(yàn)結(jié)果和分析結(jié)論一一列出，所以下面選取具有代表性工況的試驗(yàn)結(jié)果作為主要依據(jù)進(jìn)行分析。

2.1多層孔板傾角對(duì)消波效果的影響

在55 cm水深情況下，選取波長(zhǎng)為1.49 m時(shí)不同波高的波浪與孔板傾角變化的消波裝置相互作用后的反射系數(shù)、透射系數(shù)和消波系數(shù)作為分析對(duì)象，如圖4所示。

圖4　各個(gè)波高時(shí)的反射、透射和消波系數(shù)與傾角關(guān)系

從圖4(a)中可以看出，不同波高波浪的反射系數(shù)在60°～90°時(shí)穩(wěn)定在8%左右。裝置的孔板傾角為30°和45°時(shí)，反射系數(shù)明顯下降，其中30°傾角時(shí)，反射系數(shù)最小，在3%左右。圖4(b)中的透射系數(shù)變化規(guī)律與反射系數(shù)相似，各個(gè)波高時(shí)均隨傾角增大而增大，且在裝置孔板傾角為30°時(shí)，數(shù)值最小;另外，波高越高對(duì)應(yīng)的透射系數(shù)曲線在圖4(b)中的位置越低，即數(shù)值越小。裝置的消波效果從圖4(c)的消波系數(shù)曲線中可以明顯看到30°傾角時(shí)最佳，波高為6 cm時(shí)數(shù)值達(dá)到60%，波高為1 cm時(shí)也能達(dá)到30%以上，45°傾角時(shí)次之，其他3種傾角時(shí)消波效果較差，波高為6 cm時(shí)約為40%，波高為1 cm時(shí)只有不到20%，且各個(gè)波高時(shí)60°、75°和90°傾角下的消波系數(shù)數(shù)值差別不大，這說(shuō)明:傾角小于60°后，該消波裝置的消波性能得到明顯增強(qiáng)。

水深不變，選取波高為4 cm時(shí)不同波長(zhǎng)的波浪與孔板傾角變化的消波裝置相互作用后的反射系數(shù)、透射系數(shù)和消波系數(shù)作為分析對(duì)象，如圖5。

圖5　各個(gè)波長(zhǎng)時(shí)的反射、透射和消波系數(shù)與傾角關(guān)系

圖5(a)中，0.6 m波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)隨著孔板傾角的變化有所波動(dòng)，最大值不超過(guò)12%; 2.09 m波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)基本穩(wěn)定在3%左右;其他3種波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)隨著傾角由30°增至60°而增大，隨后數(shù)值基本穩(wěn)定。圖5(b)中各組波長(zhǎng)波浪的透射系數(shù)都隨著消波裝置孔板傾角的增大而逐漸變大，且波長(zhǎng)越短的波浪對(duì)應(yīng)的透射系數(shù)越小，0.6 m波長(zhǎng)時(shí)，波浪的透射系數(shù)在30°傾角時(shí)，只有10%左右。圖5(c)中，消波系數(shù)曲線均隨著傾角的變大而下降，波長(zhǎng)為0.6 m時(shí)，消波系數(shù)較大，且曲線的下降趨勢(shì)明顯;同樣，波長(zhǎng)為1.49 m時(shí)的曲線下降趨勢(shì)也較為明顯;波長(zhǎng)越長(zhǎng)時(shí)，消波系數(shù)越小，且不同傾角時(shí)數(shù)值變化不大，這體現(xiàn)出:傾角減小，更好地加強(qiáng)了對(duì)波長(zhǎng)較短入射波的波能消耗。

圖6顯示了波長(zhǎng)為1.49 m，波高為4 cm的波浪，在45～65 cm之間5種不同水深時(shí)，與5個(gè)傾角狀態(tài)下消波裝置相互作用后的反射系數(shù)、透射系數(shù)和消波系數(shù)的變化曲線。

圖6　各個(gè)水深時(shí)的反射、透射和消波系數(shù)與傾角關(guān)系

圖6(a)中，水深為45 cm時(shí)，反射系數(shù)曲線隨著傾角的增大先下降后上升;水深為65 cm時(shí)，曲線隨著傾角的增大先下降后上升再下降;其他3個(gè)水深時(shí)，曲線隨著傾角的增大先上升后下降。圖6(b)中，基本所有的透射系數(shù)均隨著傾斜角度的增大而增加，而且除了45°傾角，其他傾角時(shí)的透射系數(shù)曲線大多重合，透射系數(shù)數(shù)值相近。圖6(c)中，傾角由30°增加到60°過(guò)程中，消波系數(shù)逐漸減小;傾角從60°增加到90°過(guò)程中，消波系數(shù)曲線比較穩(wěn)定，數(shù)值變化不大。

綜合對(duì)圖4～6的分析，都能夠看出多層孔板傾角為30°和45°時(shí)，消波裝置的消波效果得到了明顯的提升，尤其是30°時(shí)，試驗(yàn)范圍內(nèi)，消波效果達(dá)到最佳。這歸因于傾斜30°放置的多層孔板不僅能夠消除波浪在水平方向的動(dòng)能，而且能極大地消除其在豎直方向的勢(shì)能，從而達(dá)到更好的消波效果。

2.2孔板間距對(duì)消波效果的影響

將孔板間距為6和12 cm的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較如圖7，其中間距為6 cm時(shí)，裝置長(zhǎng)度較短。

圖7 2種間距的3種系數(shù)隨波高變化比較

為了體現(xiàn)合理性，選取裝置消波區(qū)域長(zhǎng)度與波長(zhǎng)比值(L/l)相近的工況進(jìn)行后面的分析，其中L=14 Lo。從圖7(a)中可以看出，間距變小后反射系數(shù)略有增大，但仍在7%以下。圖7(b)中，間距為6 cm時(shí)透射系數(shù)要明顯小于12 cm間距時(shí)，而且隨著波高的增大，二者差值越來(lái)越大。圖7(c)中，除了在波高較小為1 cm時(shí)，不同間距的消波效果基本相同，波高增大后，6 cm間距的消波系數(shù)要明顯大于12 cm的。

通過(guò)圖8比較分析孔板間距分別為6 cm和12 cm時(shí)，波高為4 cm情況下，消波裝置的反射系數(shù)、透射系數(shù)和消波系數(shù)隨角度改變的變化規(guī)律。

圖8 2種間距的3種系數(shù)隨傾角變化比較

在30°時(shí)，2種間距在圖8(a)中的反射系數(shù)基本相同，但圖8(b)中6 cm間距的透射系數(shù)明顯更小。其他傾角時(shí)，間距為6 cm的消波裝置反射系數(shù)偏大，透射系數(shù)偏小，從圖8中2條曲線的變化規(guī)律可以看到，隨著傾角度數(shù)的增大，不同間距時(shí)的反射系數(shù)和透射系數(shù)差值都有所減小。這中的差值的變化同樣體現(xiàn)在圖8(c)的消波系數(shù)曲線上。可以看到，傾角為30°時(shí)，6 cm間距的消波裝置的消波效果要遠(yuǎn)好于12 cm間距的裝置，消波系數(shù)高出20%左右。傾角在60°～90°的范圍內(nèi)，二者的消波系數(shù)差別不大，這一點(diǎn)與前一章對(duì)傾角因素的影響分析相符。

在本次試驗(yàn)范圍內(nèi)，消波裝置多層孔板的兩兩間距變小后，雖然會(huì)增大反射系數(shù)，但能夠有效地減小透射系數(shù)，從而使消波裝置達(dá)到更好的消波效果，尤其在波浪波高較高，多層孔板傾角較小時(shí)效果更為明顯。

2.3末端消波裝置反射系數(shù)分析

為了研究文中開發(fā)的消波裝置的消波能力，將消波裝置移到水槽末端，水深為60 cm，觀察不同波長(zhǎng)和波高的波浪與多層孔板間距12 cm、傾角30°的消波裝置相互作用后的反射系數(shù)變化情況，如圖9。圖9(a)中，不同波高情況下的反射系數(shù)曲線隨著入射波波長(zhǎng)的增加而先下降后上升，波高為1 cm的反射系數(shù)曲線位置整體偏高，反射系數(shù)曲線的最低點(diǎn)集中出現(xiàn)在波長(zhǎng)為1.5 cm左右，最小值略小于5%。波高高于2 cm，波長(zhǎng)長(zhǎng)于0.76 m之后的反射系數(shù)基本不隨波高的增大而變化，從圖9(a)中曲線重合程度和圖9(b)中曲線的平穩(wěn)走勢(shì)都能看出這一點(diǎn)。波高為1 cm時(shí)，反射系數(shù)較大，主要是由于波高較小時(shí)，消波裝置后部孔板的圓孔孔徑相對(duì)于這樣的波高仍相對(duì)較大，并未能夠使波浪在裝置內(nèi)部與孔板之間有很好的相互作用以消除波浪。所以，相對(duì)于不同大小的波高，如果想要達(dá)到比較好的消波效果，就要根據(jù)水槽波高的變化范圍，選取適當(dāng)?shù)目讖酱笮『脱爻谭植家?guī)律。圖9(b)中，波長(zhǎng)為0.39 m時(shí)，反射系數(shù)隨著波高的增加而先減小后增大，且變化劇烈。波長(zhǎng)為0.39、2.27、2.99 m時(shí)，反射系數(shù)在不同波高時(shí)都超過(guò)了10%。此時(shí)的消波裝置對(duì)波長(zhǎng)為1.54 m的波浪具有很好的消波效果，在波高大于2 cm之后反射系數(shù)約為5%。

圖9　水槽末端消波裝置反射系數(shù)的變化

3　與其他防波消波結(jié)構(gòu)的比較

3.1與透空管式防波堤消波效果比較

將本裝置的部分試驗(yàn)結(jié)果與中國(guó)海洋大學(xué)研究生那婧的透空管式防波堤模型試驗(yàn)的部分結(jié)果進(jìn)行比較。在2個(gè)試驗(yàn)中，其他影響因素均起到最佳消波效果時(shí)，選取入射波波高為6 cm情況下2種裝置的試驗(yàn)結(jié)果，在共有的波陡范圍內(nèi)比較分析它們的反射系數(shù)、透射系數(shù)和消波系數(shù)變化情況。

從對(duì)圖10的分析中可以得出:波陡范圍在0.01～0.07之間時(shí)，傾斜孔板式消波裝置的反射系數(shù)明顯小于透空管式防波堤的反射系數(shù); 2種裝置的透射系數(shù)都隨著波陡的增大而有明顯的減小趨勢(shì)，傾斜孔板式消波裝置的透射系數(shù)相對(duì)較大一些;傾斜孔板式消波裝置的消波系數(shù)隨著波陡的增大而逐漸增大，透空管式防波堤的消波系數(shù)隨著波陡的增大而先增大后減小，總體看來(lái)前者的消波系數(shù)更大，消波效果更好。

3.2與鐵絲網(wǎng)陣、箱式和圓弧形消波裝置進(jìn)行比較

將變孔徑傾斜孔板式消波裝置至于水槽末端的反射系數(shù)與蘭波試驗(yàn)研究中鐵絲網(wǎng)陣、箱式和圓弧形消波裝置的反射系數(shù)進(jìn)行比較，如圖11所示。4種消波裝置都在波浪波長(zhǎng)為1.5 m左右時(shí)的消波效果較佳，此處，鐵絲網(wǎng)陣的反射系數(shù)在44%左右，箱式的反射系數(shù)也超過(guò)了10%，圓弧形的反射系數(shù)約為3%，變孔徑傾斜孔板式的反射系數(shù)為5%。波長(zhǎng)從1.5 m增大到3 m的過(guò)程中，4種消波裝置的反射系數(shù)都有所增大，在波長(zhǎng)大于2.3 m之后，箱式的反射系數(shù)開始略小于變孔徑傾斜式，圓弧形的反射系數(shù)增加不大。由此可見，在波浪波長(zhǎng)為1.5 m左右時(shí)，變孔徑傾斜孔板式的消波效果比前兩者要好得多，而比圓弧形的消波效果略差。但是，從圓弧形消波裝置的原理可以分析得出，該裝置消波效果對(duì)液面的高度將是敏感的，遠(yuǎn)沒有變孔徑傾斜孔板式消波裝置對(duì)水深變化的適應(yīng)能力強(qiáng)。

圖11 4種消波裝置反射系數(shù)比較

4　結(jié)論

通過(guò)對(duì)多層變孔徑傾斜孔板式消波裝置的試驗(yàn)研究，文中深入探討了在應(yīng)對(duì)不同水深和入射波的情形下，孔板的傾斜角度、板間距對(duì)該消波裝置消波效果的影響，得出了不同情況下波浪與消波裝置相互作用后的反射系數(shù)、透射系數(shù)和消波系數(shù)與各影響因素間的關(guān)系，總結(jié)規(guī)律如下:

1)本次試驗(yàn)范圍內(nèi)，入射波與變孔徑傾斜孔板式消波裝置相互作用后的反射系數(shù)總體數(shù)值較小，在10%以下隨波高的增大而增大;隨波長(zhǎng)增大而先減小后增大，波長(zhǎng)為2 m左右最小。透射系數(shù)隨波高的增大而減小;隨波長(zhǎng)的增大而增大。消波系數(shù)與透射系數(shù)規(guī)律相反。說(shuō)明該裝置更好的適用于對(duì)大波高小波長(zhǎng)波浪的消除。

2)變孔徑傾斜孔板式消波裝置的孔板傾角在30°～90°范圍內(nèi)，其消波效果隨著傾角的變小而越來(lái)越好。傾角為30°時(shí)，增強(qiáng)了對(duì)入射波浪在豎直方向上勢(shì)能的消除，起到了更好的消波效果。

3)消波裝置的相對(duì)消波區(qū)域長(zhǎng)度L/l相近時(shí)，多層孔板的兩兩間距適當(dāng)減小能夠起到更好的消波效果，但最優(yōu)間距有待進(jìn)一步探究。

4)板間距為12 cm的消波裝置安置于水槽末端，對(duì)1.5 m左右波長(zhǎng)入射波的消波效果極佳。

所得研究結(jié)果反映了該消波裝置消波效果的主要影響因素和變化趨勢(shì)。變孔徑傾斜孔板式消波裝置與其他透空式防波消波結(jié)構(gòu)相比已經(jīng)具有明顯的消波優(yōu)勢(shì)，但有待對(duì)消波裝置自身孔板的數(shù)目及孔板上孔徑大小和排列方式做出改變后去進(jìn)一步研究消波效果的變化規(guī)律，以改善現(xiàn)今的消波裝置。同時(shí)，本試驗(yàn)研究所得結(jié)論是基于規(guī)則波的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于該消波裝置在不規(guī)則波作用下的消波效果需要進(jìn)一步研究。

［1］URSELL F.The effect of fixed vertical barrier on surface waves in deep water［J］.Proc of the Cambridge Philosophical Social，1947，43(3) : 374-382.

［2］TWU S W，CHIEU C C.A highly wave dissipation offshore breakwater［J］.Ocean Engineering，2000，27: 315-330.

［3］SUH K D，KIM Y W.An empirical formula for friction coefficient of a perforated wall with vertical slits［J］.Coastal Engineering，2001，58(1) : 85-93.

［4］王國(guó)玉，王永學(xué)，李廣偉.多層水平板透空式防波堤消浪性能試驗(yàn)研究［J］.大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，45(6) :865-869.

［5］汪宏，沈麗玉，王勇.雙層開孔直立式板結(jié)構(gòu)的消波性能試驗(yàn)［J］.水運(yùn)工程，2011(2) : 21-25.

［6］那婧，拾兵，劉勇，等.透空管式防波堤透射系數(shù)及反射系數(shù)的試驗(yàn)研究［J］.海洋湖沼通報(bào)，2012(4) : 41-46.

［7］楊甜麗.自由水面透空式半圓體防波堤水動(dòng)力性能研究［D］.大連:大連理工大學(xué)，2013: 1-55.

［8］周效國(guó)，李雨，江沭淮，等.多層直立開孔擋板透空式防波堤消浪性能試驗(yàn)研究［J］.水運(yùn)工程，2014(1) : 31-35.

［9］蘭波，繆泉明，姚木林，等.波浪水池消波裝置選型的試驗(yàn)研究［C］//第十三屆中國(guó)海洋(岸)工程學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集.北京，中國(guó)，2007: 234-237.

［10］GODA Y，SUZUKI Y.Estimation of incident and reflected waves in random wave experiments［C］//Proc of the 15 th ICCE，ASCE，New York，USA，1976: 828-845.

An experimental study of the variable-diameter tilted perforated plate type wave dissipation device

ZHANG Hongyu，ZHANG Xin

College of Shipbuilding Engineering，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China

In order to shorten the time of "waiting water" in the progress of experiment in wave flume，and to provide the working condition that is closer to actual situation for those experiments，this article provides a new variable-diameter tilted perforated plate type wave dissipation device，and makes a systematic study on the wave dissipation ability of the device.Through physical model experiment，the change regularity of reflection，transmission and dissipation coefficients caused by different angles and spacing of perforated plates are studied in different conditions of wave-length，wave-height and water-depth.In addition，the wave dissipation effect of the device performed in the real work is researched.It is proven that in the experimental range，the smaller the tilt angle for all perforated plates，the better the property of wave dissipation; when the lengths of relative wave dissipation areas are similar，decreasing the spacing of perforated plates properly is helpful to improve the properties of wave dissipation; the device can be used in the real work for wave dissipation wonderfully.

variable-diameter tilted perforated plate type wave dissipation; experiment; reflection; transmission; dissipation coefficient; wave dissipation property

TV139.2

A

1009-671X(2015) 04-074-07

10.3969/j.issn.1009-671X.201501001

2015-01-04.網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2015-07-27.

張洪雨(1957-)，男，教授，博士;張?chǎng)?1989-)，男，碩士.

張?chǎng)?，E-mail: 786660107@qq.com.