孤立波在岸礁地形上传播与爬坡数值模拟研究

为准确模拟孤立波在岸礁地形上的传播和爬坡,采用基于完全非线性Boussinesq方程开发的Funwave-TVD模型,探究模型的可行性,并利用验证后的模型进一步研究岸礁各地形因素对孤立波爬高的影响。研究结果表明:模型能准确模拟孤立波在岸礁陡变地形上的传播及变形,摩擦系数对礁前陡坡及礁坪上的波浪传播模拟影响不大,但对爬坡预测的敏感性较强;模型空间步长可适当增大,提高计算效率;随着礁坪宽度的增大以及礁后斜坡的变缓,孤立波爬坡高度下降明显,而礁前陡坡坡度变化对孤立波爬坡高度影响不大。     

基于InterDyMFoam的潜礁孤立波传播数值模拟

建立了基于OpenFOAM动边界的类fixedValuePointPatchVectorField继承的仿物理造波数值波浪水槽。对孤立波在三种不同潜礁地形上的行进、爬坡以及破碎等典型过程进行数值模拟,模拟结果与Boussinesq模型及物理模型试验所得结果进行了对比分析。结果表明,采用动边界进行仿物理造波更适合处理波高水深比较大的孤立波传播问题,可以较好地模拟孤立波在潜礁上传播引起的波浪破碎、水跃等现象。     

完全非线性孤立波的直墙反射

报道了应用边界积分方法模拟完全非线性孤立波的传播与直墙反射,给出了波形演变过程。结果表明,本模型对计算孤立波的传播与直墙反射是有效的。三阶Boussinesq方程的孤立波解比低阶方程的孤立波解更接近完全非线性的数值解.当来波波高增大时,孤立波直墙反射的相位滞后变小。若考虑大波高孤立波的直墙反射或波——波相互作用,一阶理论预报的相位滞后往往低估实际情况。     

吕宋海峡内波传播演化的数值模拟

吕宋海峡生成的内波在往南海西部传播的过程中,具有明显的二维辐射特征,这是传统的一维KdV模式无法刻画的.基于弱二维的KP方程,并结合南中国海吕宋海峡附近内孤立波的观测资料,模拟了潮成内波的演化特征.数值结果较好地反应了内孤立波的二维特征.相比于一维的KdV方程,KP在内孤立波的仿真反演方面具有更大的优势.     

波浪动力因素变化对沙质岸滩演变的影响

通过波浪水槽实验,对海平面变化造成的波浪动力因素改变引起的沙质岸滩形态响应开展机理性研究。实验采用1∶10单一沙质斜坡概化岸滩,利用3种不同实验水深模拟海平面变化,考虑椭圆余弦波、非规则波、规则波和孤立波4种类型波浪作用。实验对波浪在斜坡上的传播变形、破碎、上爬和回落过程的波高及波浪作用后的岸滩地形进行了测量。实验结果表明,椭圆余弦波、规则波和非规则波作用下,平衡岸滩呈现出滩肩形态,孤立波作用下则呈沙坝形态。海平面上升造成波浪动力增强,沙质岸滩平衡剖面形状基本保持不变向岸平移,槽谷、滩肩、沙坝位置以及岸线蚀退距离,均呈现出良好规律性。     

基于OpenFOAM波浪-植物相互作用的数值模拟研究

海岸带盐沼植物能够减小波浪流速、削弱波能,具有生态缓冲功能,研究河口海岸盐沼植物对波浪的消减机理对于近岸区域的固岸护堤具有重要意义.本研究利用开源CFD软件包OpenFOAM建立三维数值模型.首先模拟了溃坝波越过三角障碍物及孤立波在斜坡海岸的爬坡过程,结果显示OpenFOAM模型可精确地捕捉溃坝波传播和孤立波自由水面的...     

南海东北部C型内孤立波的观测与分析

基于布放在南海东北部陆坡海域的5套潜标观测到的内孤立波波列数据和孤立波扰动KdV(PKdV)理论,研究内孤立波在趋浅陆架上的传播特征。得出如下结果:1)观测到的内孤立波属于C型内孤立波,即平均重现周期为(23.41±0.31)h。2)内孤立波在西传爬坡过程中,其振幅表现为先增大后减小再增大,与该海域温跃层深度的变化趋势一致;由观测数据和理论计算得到的孤立波振幅增长率(SAGR)数值接近,表明该海域的内孤立波的振幅变化可以采用由孤立波PKdV方程导出的趋浅温跃层理论来描述。3)随着水深变浅,内孤立波传播方向向北偏移,传播速度减小,即在A,B和D站位,传播方向分别为279°,296°和301°,偏转角度达22°;传播速度分别为2.36,2.23和1.47 m/s,减小38%。     

完全非线性孤立波的稳态解

报道了应用边界积分方法模拟完全非线性孤立波的传播,给急剧记解的波形,流束和数值计算结果。结果表明,本模型对计算孤立波的传播是有铲的。当ａ／ｈ〉０．３时,自由液面上的水平流速、底部流速和垂向平均流速之间的差别是明显的。三阶Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程的孤立波解比低阶方程的孤立波解更接近本文完全非线性的数值解。     

片状分布植被对孤立波爬高影响的数值模拟研究

近岸植被对波浪爬坡具有一定的衰减作用。在自然界中，由于植被的死亡、再生或人为破坏等原因，近岸植被通常呈片状分布，且其内部分布也是不均匀的。本文以完全非线性Boussinesq方程为基础，引入植被作用项，建立了模拟近岸植被区波浪传播的数值模型，验证了模型可靠性，进而采用该模型模拟分析了片状分布植被对孤立波爬高的影响。数值模拟结果表明，片状分布植被能有效减小孤立波爬高；对于均匀分布的片状植被，高密度片状植被对孤立波爬高的消减效果优于低密度片状植被；对于相同密度、不同分布形式的片状植被，均匀分布的片状植被对孤立波的消减效果优于不均匀分布的片状植被；对于不均匀分布的片状植被，前密后疏的片状植被对孤立波的消减效果优于前疏后密的片状植被。     

陡坡上孤立波爬高的数值模拟

波浪爬高是海岸工程中重要的水动力学问题之一,其数值模拟方法通常是通过离散Navier-Stokes方程或Boussinesq方程实现的,其中基于光滑粒子流体动力学方法是近年发展起来的。本文应用该方法模拟相同水深下,不同波高的孤立波在45(°)陡坡上的爬高,模拟结果与理论计算结果及已有物理模型试验结果进行了对比,并模拟出孤立波激散破碎过程及粒子分布和速度场的变化过程。结果表明,对密度近似方程进行重新初始化保持了流场内的质量守恒,同时整个计算域内的压力分布更加规则,说明光滑粒子流体动力学法在波浪爬高计算中的有效性。