极端条件下复合式海堤越浪过程的水动力学特性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51379123
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1101.海岸工程与海洋工程
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Wave overtopping against a sea dike belongs to one of the complicated flows with the free surface of large deformation and breaking, which is the major factor inducing the failure of sea dikes. For the sea dikes of composite profile, the overtopping flow dynamics over sea dikes in regular waves and irregular waves is studied experimentally and numerically. Time-resolved PIV is applied to study overtopping flow on a sea dike with a composite profile in regular waves. For the PIV measurements, fluorescent tracer particles are applied in combination with an optical filter, in order to remove the reflections of the laser lightsheet by the bubbles induced by breaking and air entrainment in the overtopping flow. For a visualization of the global flow dynamics, the laser beam is expanded and used to illuminate the entire sea dike crest and overtopping flow structure. The velocity fields of the overtopping flows are analyzed and discussed for the unsteady flow with the free surface, which will serve as the benchmarks for validation of numerical simulation of overtopping flows against the typical sea dikes. The numerical wave flume is developed to simulate the overtopping flows against a composite sea dike with armor units in waves. Through improving efficiency of the numerical wave flume, it is capable to handle with the hydrodynamic flows with two different scales in terms of the armor unit and the wave length. The changes of the layer thicknesses and the maximum velocities of the overtopping flows at different locations on the dike crest and the landward slope are obtained. Discussions are focused on the mechanism of spatial and temporal evolution of the overtopping flows on the sea dike crest and the landward slope for the cases of different combination of tidal level and incoming wave. It is challenging to develop the PIV based measuring approach and numerical model of overtopping with violent deformation and breaking of the free surface against sea dikes. The hydrodynamic characteristics of overtopping flows could be used to evaluate the safety of the sea dikes when overtopping appears.
海堤越浪往往伴随着自由表面大变形、破碎、飞溅和越堤流动等复杂流动现象,是导致海堤失效的主要动力因素。本项目以大潮和风浪作用下复合式海堤的越浪流动作为研究对象,发展基于高速PIV的海堤越浪流动结构的精细测量方法,获得海堤越浪波浪水槽实验的瞬时流场信息,建立越浪流态的基准实验数据库,给出越浪流流速分布特征。完善可消除二次反射的数值波浪水槽,实现可精确刻画护面块体形状和摆放方式的海堤越浪数值模拟方法。以复合式海堤为对象,进行系统的实验测量和数值模拟,揭示复合式海堤在典型高潮位和风浪作用下的越浪流动结构的变化规律,建立越浪流基本参数的工程计算公式。本项目的研究成果不仅对波浪与海岸结构物的相互作用研究具有重要的学术价值,而且可应用于极端高潮位和超强台风作用下海堤的安全性评估。

结项摘要

海堤越浪往往伴随着自由表面大变形、破碎、飞溅和越堤流动等复杂流动现象,是导致海堤失效的主要动力因素。本项目采用理论分析、数值模拟与物理模型实验相结合的方法对典型海堤的越浪过程流体动力特征进行了系统深入的研究。主要创新性研究成果有:在大型波浪水槽中实现了海堤越浪过程越堤流的PIV测量,获得了孤立波作用下越堤流流场特征;在国际上率先提出了基于解析松弛方法和流函数波理论的大波高规则波的数值造波技术,成功消除造波边界的二次反射,建立了适合海堤断面越浪过程模拟的基于水气两相流动模型的数值波浪水槽;通过数值模拟与物理实验,进一步完善并确认斜坡堤越浪过程中越堤流的水动力学特征,认为越堤流在堤顶流动时其最大厚度沿程按指数规律减小,而最大速度流则先减小后增大,并进一步给出了堤顶最大流速与越浪量之间的关系;以复合式海堤为对象,进行了系统的实验测量和数值模拟,揭示复合式海堤在典型高潮位和风浪作用下越浪量和越堤流动特征的变化规律。此外,本项目研究并发展了大变形自由表面流动与破碎波的两相SPH数值模型,并可进一步应用于设有护面块体的海堤越浪过程。在本项目执行过程中,密切结合上海地区重要海堤达标工程和新海堤建设,应用建立的数值模拟与实验测量方法对超强台风作用下海堤越浪量的预测及其控制策略开展了研究,为上海化学工业区海堤等重点工程建设提供了技术支撑。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(0)
开阔海域越洋海啸波高计算的一种简化方法
  • DOI:
    10.16076/j.cnki.cjhd.2017.04.005
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    水动力学研究与进展A辑
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张志成;吴卫;刘桦;任智源
  • 通讯作者:
    任智源
三孤立波的斜坡爬高特征
  • DOI:
    10.16076/j.cnki.cjhd.2017.04.008
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    水动力学研究与进展(A辑)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    荣一毅;吴卫;房詠柳;刘桦
  • 通讯作者:
    刘桦
海啸数值模拟与南海海啸预警方法
  • DOI:
    10.15959/j.cnki.0254-0053.2015.03.001
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    力学季刊
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘桦;赵曦;王本龙;任智源
  • 通讯作者:
    任智源
Numerical investigation of the hydrodynamic performance of a multi-column tension-leg-type floating wind turbine under effects of waves
波浪作用下多柱张力腿式漂浮风力机水动力性能数值研究
  • DOI:
    10.1051/lhb/2017006
  • 发表时间:
    2017-02
  • 期刊:
    Houille Blanche-Revue Internationale DE L Eau
  • 影响因子:
    0.8
  • 作者:
    Fan Xiang;Zhang Jing-Xin;Liu Hua
  • 通讯作者:
    Liu Hua
孤立波作用下斜坡堤越浪量的实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    水动力学研究与进展A辑
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张金牛;吴卫;刘桦;房詠柳
  • 通讯作者:
    房詠柳

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其他文献

基于随机振荡序列的DGM(1,1)模型的建模及应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    数学的实践与认识
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨芬;关叶青;曾波;刘桦
  • 通讯作者:
    刘桦
风力发电机在地震-风力作用下的载荷计算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    中国机械工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴春艳;金鑫;何玉林;王磊;刘桦
  • 通讯作者:
    刘桦
孤立波中淹没圆盘的波浪力实验研究
  • DOI:
    10.16076/j.cnki.cjhd.2020.06.002
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    水动力学研究与进展. A辑
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邵奇;王千;房詠柳;刘桦
  • 通讯作者:
    刘桦
孤立波与淹没平板相互作用的三维波面和水动力实验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王千;刘桦;房詠柳;邵奇
  • 通讯作者:
    邵奇
A numerical method for investigating free surface impact with air entrapment during sloshing
研究晃动过程中滞留空气对自由表面影响的数值方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    Journal of Marine Science and Technology
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    刘桦
  • 通讯作者:
    刘桦

其他文献

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刘桦的其他基金

2020年国际海洋与极地工程学术会议
  • 批准号:
    11942210
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    20 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
海啸力学及其在南中国海的应用
  • 批准号:
    11632012
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    320.0 万元
  • 项目类别:
    重点项目
高速水中航行体空泡流的非定常特性研究
  • 批准号:
    10972138
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    45.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
跨海桥梁工程的水动力学基础问题研究
  • 批准号:
    10572093
  • 批准年份:
    2005
  • 资助金额:
    33.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
海岸破波带复杂流动与泥沙运动机理研究
  • 批准号:
    10172058
  • 批准年份:
    2001
  • 资助金额:
    17.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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  • 财政年份:
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知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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