[发明专利]一种多排潜堤的水动力特性分析方法、装置及电子设备

说明书

本发明提供了一种多排潜堤的共振反射计算方法、装置及电子设备，本发明首先数值求解单排多孔潜堤的水动力特性参数，再利用宽间距假设递推计算多排多孔潜堤的水动力特性参数，给出多排潜堤的最优设计参数。本发明具备计算效率高、不受限于潜堤形状影响的优点，且能为多排潜堤的工程设计提供重要的参考建议。

技术领域

本发明涉及一种多排潜堤的水动力特性分析方法、装置及电子设备。

背景技术

潜堤的堤顶淹没于水中，在不影响海域景观和堤内外水体交换的前提下，能够有效反射和耗散波浪能量，使堤后波高衰减。同时，潜堤的存在有利于近岸漂沙在潜堤处沉积，在促淤保滩工程中也发挥着重要的作用。相对于浮式防波堤和透空式防波堤来说，潜堤的消浪能力较弱，单排潜堤有时不能满足工程需要，因此需要设置多排潜堤，利用潜堤的布拉格反射特性达到较好的掩护效果。

布拉格在研究X射线时发现，X射线通过两个平行晶体时发生反射，发现当晶体的间距为半波长的整数倍时，光波的反射最强，这一现象也被称为布拉格共振反射特性。在海岸工程中，同类型、等间距、相同尺寸的多排潜堤也可以利用布拉格反射原理，有效的增加潜堤对波浪的反射能力，达到减小透射波高的目的。当波浪通过潜堤时，受惯性力的影响，波浪相位会发生改变，因此需要针对不同潜堤设计合理的潜堤间距，以达到较好的堤前反射效果。

现有技术对于多排潜堤的共振反射研究中，解析方法由于其高效的计算效率而得到了较多的应用。但是解析方法对于潜堤的形状要求十分严格，通常受限于矩形、半圆形等规则形状的结构型式。数值分析方法针对工程中常见的梯形堆石潜堤、半圆型开孔潜堤，均已有很好地应用，但对于多排潜堤来说，存在网格数过多、计算效率偏低的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种多排潜堤的水动力特性分析方法、装置及电子设备，计算结果合理准确，计算效率高、不受限于潜堤形状影响。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种多排潜堤的水动力特性分析方法，具体为：

1)将单排潜堤所在流域划分为4个区域，区域I为虚拟边界AB外场，区域II为边界AB、CD、潜堤外围以及水面所包围的流域，区域III为潜堤所在区域，区域IV为虚拟边界CD外场；

在区域II和区域III中，斜向入射波的速度势以及速度势法向导数满足边界积分方程：

式中，P(ξ,η)表示源点，Q(x,z)表示场点，n_Q表示场点所在位置的边界外法线方向向量；α(P)＝0.5为固角系数，φ[P(ξ,η)]和φ[Q(x,z)]分别表示在源点和场点处的流体速度势，是修正的Helmholtz方程的基本解，其中k_0y＝k₀sinθ为入射方向为θ时，波数为k₀的入射波在y方向的分量；K₀为修正的第二类贝塞尔函数；

将区域II和区域III的边界离散为K₂和K₃个光滑边界，记为同时，根据所划分边界将边界积分方程进行离散，建立矩阵：

其中：

式中，φ_j,n和分别表示区域j的第n个边界单元的速度势和速度势的外法线方向导数；当m＝n时，δ_mn＝1；当m≠n时，δ_mn＝0；n_j,n表示区域j第n个边界处的外法线方向向量；

结合计算域的边界条件，求解所述矩阵，得到离散后各个边界单元的速度势以及速度势外法线导数，此时，可计算得到单排潜堤的反射系数R′和透射系数T′：