[发明专利]用于圆柱型构筑物涌潮作用力计算的专用组件

权利要求书

1.用于圆柱型构筑物涌潮作用力计算的专用组件，其特征在于：包括至少一计算机(2)、若干水文采集装置(3)或涌潮计算模型(1)；计算机连接水文采集装置或涌潮计算模型，并接收水文采集装置采集的水文数据或涌潮计算模型的涌潮计算数据，然后进行处理，并将所得的结果以表格(4)的形式输出。

2.根据权利要求1所述的用于圆柱型构筑物涌潮作用力计算的专用组件，其特征在于：所述水文采集装置包括：水位仪、三维声学多普勒流速仪(ADV)、回声测深仪。

3.根据权利要求2所述的用于圆柱型构筑物涌潮作用力计算的专用组件，其特征在于：所述水文数据或涌潮计算数据包括：潮前水深、潮前流速、涌潮高度。

4.根据权利要求3所述的用于圆柱型构筑物涌潮作用力计算的专用组件，其特征在于：所述计算机与所述水文采集装置之间的连接方式包括缆线连接或无线电连接或光耦合连接。

5.根据权利要求4所述的用于圆柱型构筑物涌潮作用力计算的专用组件，其特征在于：所述处理包括以下步骤：

步骤一、计算涌潮传播速度

将获取的水文数据或涌潮计算数据，代入涌潮传播速度理论公式(1)，计算出涌潮传播速度c；

h₁＝h₀+H (2)

式中，V₀为潮前流速，h₀为潮前水深，h₁为涌潮过后的水深，H为涌潮高度，g为重力加速度；

步骤二、计算涌潮冲击力

利用步骤一获取的涌潮传播速度，代入涌潮冲击力的计算公式(3)，计算出涌潮冲击力F₁：

λ＝0.058H+0.05 (4)

式中，c为涌潮传播速度，ρ为水的密度，λ为涌潮潮头坡度，D为圆柱型构筑物直径；C_s为涌潮冲击系数，C_s取值1.0～1.4，均值1.2；

步骤三、计算涌潮静水压差力

由于潮头坡度的存在，圆柱型构筑物两侧会产生静水压力差；涌潮静水压差力F_s计算公式(5)为：

F_s＝ρgh_s(h₀+H-h_s)D (5)

h_s＝λD (6)

式中，h_s为迎流面和背流面之间的水位差；

步骤四、计算涌潮绕流力

利用Morison公式，并忽略惯性力，可得到绕流力F_m的计算公式(7)：

式中，为涌潮垂线平均流速，C_D为阻力系数，取值0.3～0.5，均值0.4；

步骤五，计算涌潮作用力

由步骤三至步骤五计算得到的涌潮冲击力、静水压差力以及绕流力，三者合计为涌潮作用力计算公式(9)：

F_T＝F_I+F_s+F_m (9) 。

6.根据权利要求5所述的用于圆柱型构筑物涌潮作用力计算的专用组件，其特征在于：所述步骤二中，涌潮冲击力F_l的计算公式(3)的推导过程是：针对涌潮水流的特性，以水流冲击力的半理论半经验计算公式为基础，利用室内试验所获取的涌潮作用力最大时所对应的涌潮冲击力率定涌潮冲击系数C_s，经率定其值为1.0～1.4，均值1.2。