地形和流同时影响下波向线的数值计算

本文提出一种同时考虑地形和均匀流影响的波向线数值解法及其具体的计算步骤。作为例子，对一种理想的简单地形作了数值计算并绘出波向线图．计算结果表明．流对波浪折射有明显的作用。     

地形与流影响下波高的数值计算

在地形和流的同时影响下,提出计算波向线和波高的数值方法,对模型地形进行了数值计算。结果表明,流对波浪折射和波高变化均有明显影响。     

波生沿岸流的数值模拟研究

采用完全非线性Boussinesq方程建立的FUNWAVE模型进行波生沿岸流数值模拟研究,通过对不同斜坡地形和波浪入射条件下波生流的物理模型实验结果进行比较,验证了该数值模型能较准确地计算沿岸流;通过改变波浪的不同入射条件,对不同入射条件的沿岸流数值模拟得出:当其他条件不变时,仅入射波高增大时,沿岸流的流幅和幅值增大,幅值位置向深水移动;仅增大入射周期时,沿岸流的流幅显著增加,幅值的增加较小;斜坡地形坡度的改变能显著影响波生沿岸流的流幅和幅值,但对沿岸流幅值位置的水深影响不大。采用窄缝法处理动边界时,选择合适的窄缝起始水深对沿岸流的准确计算是十分必要的。     

波浪漫滩边界对波生流数值计算的影响

波浪漫滩是近岸波浪的小尺度运动,在实际海域的波生流数值计算中通常被忽略。本文基于Boussinesq方程的FUNWAVE模式,分别采用波浪漫滩边界、固壁边界、海绵边界进行Haller波浪港池物理模型实验的数值模拟,比较三种边界计算结果与实验观测数据的误差,检验波浪漫滩边界对波生流数值计算的影响;然后设计了多种周期、波高的波生流数值模拟试验,分析多种波浪入射条件下波浪漫滩边界对近岸波生流数值计算的影响。结果表明,波浪漫滩对邻近区域波生流有明显影响,漫滩边界下的波生流计算结果更接近实验观测值,在近岸波生流数值模型中引入波浪漫滩边界可以提高波生流计算精度。     

缓坡非均匀流场中随机波传播的折绕射联合模型

文中导出缓坡非均匀流场中传播的随机波的谱密度分量的折射和折绕射联合模型,给出两种地形波流同线和斜交的、不同流速值的顺、逆流传播波动的数值解.论述随机波在地形和流共同作用下的传播规律.在不同情况下我们推荐了应用折射或折绕射联合模型计算的方法.     

斜坡平台波浪破碎数值模拟

波浪在斜坡地形上破碎,破波后稳定波高多采用物理模型试验方法进行研究,利用近岸波浪传播变形的抛物型缓坡方程和波能流平衡方程,导出了适用于斜坡上波浪破碎的数值模拟方法。首先根据波能流平衡方程和缓坡方程基本型式分析波浪在破波带内的波能变化和衰减率,推导了波浪传播模型中波能衰减因子和破波能量流衰减因子之间的关系;其次,利用陡坡地形上的高阶抛物型缓坡方程建立了波浪传播和波浪破碎数学模型;最后,根据物理模型试验实测数据对数值模拟的效果进行验证。数值计算与试验资料比较表明,该模型可以较好地模拟斜坡地形的波浪传播波高变化。     

间断地形下的亚惯性频率地形波

在纯间断化地形的条件下,从理论分析和数值计算二方面探讨了亚惯性频率地形波的频散关系。指出正压亚惯性频率地形波的波模直接取决于间断点的个数和间断度。连续地形可以看成是纯间断地形的极限情况,因此,连续地形的起伏程度有类似间断度的作用。在对连续地形的频散关系进行数值计算时,水平步长的选取对计算结果有很大的影响。     

基于间断有限元方法的三维近岸波生流数值模型建立

在三维水动力模型中引入三维辐射应力,水滚影响以及波浪附加紊动效应,并基于间断有限元方法建立了非结构化网格三维波生流数值模型。采用实验室内斜坡地形条件下正向入射波在破波带附近产生的近底回流和斜向入射波产生的沿岸流对模型进行了验证。结果表明,计算值与实测值吻合程度较好,该模型可以较好地描述三维近岸波生流。     

近岸区域波流耦合作用的数学模型

本文提出了一个讨论近岸波浪和波生流耦合作用的二维数学模型。在波浪场中运用波数矢量无旋和波作用量守恒方程求解波浪在波生流作用下的折射、绕射变形,以辐射应力作为波生流场的驱动力,考虑地转柯氏力和海底底摩擦的作用。文中采用Dingemans（1987）的地形对波流耦合作用进行了分析。数值计算结果表明波流耦合作用对近岸波浪场和波生流场的影响比较显著,在工程实际上应当综合考虑波流耦合问题。     

强非线性和色散性Boussinesq方程数值模型检验

采用同位网格有限差分法,建立了强非线性和色散性Boussinesq方程数值计算模型。以稳恒波Fourier近似解给定入射波边界条件,对均匀水深深水和浅水域不同非线性的行进波、缓坡地形上深水至浅水域的浅水变形波、以及缓坡和陡坡地形上的波浪水槽实验进行了数值计算,并将计算结果与解析解、解析数值解以及实验值进行了较为详细的比较,从而检验了模型的色散性、非线性以及不同底坡下非线性波的浅水变形性能。     

台湾以东及东海南部黑潮的动力研究

一个数值计算模型用以模拟黑潮受南东海大陆坡折阻挡时的路径变化,参照台湾东北部实际地形,本文设计了一个理想化的计算区域。计算结果表明,一部分黑潮水受阻于坡折而直接右拐,另一部分爬坡侵入陆架,而后回到坡折,与前一部分汇合一起几乎沿着坡折前进。通过数值分析,我们得到,在台湾东部及东北部附近,非线性效应不可忽略,而在其他海区,地转平衡是一种很好的近似。惯性效应是黑潮源地涡旋的主要形成机制。黑潮在陆架坡折附近的流型是以定态地形Rossby波表现出来的。波长与基本流的流速、涡度及涡度的侧向剪切有关。另外,波长分布不但与地形坡度,而且也与水深有关。在坡折附近,随着水深变浅,其波长逐渐变短。这种流态在我们的数值模拟结果中得到了显示,并且与实测资料中的陆架坡折附近水温等值线的弯曲形态是一致的。     

人工岛周围的波生流计算方法

针对Hardy-Cross法的基本原理建立的一种波生流计算的数值模型在计算处理人工岛周围区域方面还存在的问题,提出了解决处理方法,并通过算例验证了该模型能够运用于人工岛等岛状非水面区域附近的波生流计算,从而消除了Hardy-Cross法实用化中的一个障碍.     

海洋工程中直立圆柱波浪爬升问题的数值研究

本文基于Navier-Stokes方程和连续性方程,利用VOF方法捕捉自由液面和松弛造波法实行造波,建立基于黏性流体理论的三维数值波浪水槽,并在该数值波浪水槽内对圆柱周围的波浪爬升效应进行数值模拟。选用两种不同的波浪参数,探讨波陡参数对柱体周围的波浪爬升效应及其所受载荷的影响。与势流模型相比,本文采用的黏性流模型可以较好的捕捉实验中出现的二次波峰现象。计算表明,本文建立的数值水槽可以较好用于直立圆柱波浪爬升问题的计算。     

非线性波传播的新型数值模拟模型及其实验验证

以一种新型的Boussinesq型方程为控制方程组,采用五阶Runge-Kutta-England格式离散时间积分,采用七点差分格式离散空间导数,并通过采用恰当的出流边界条件,从而建立了非线性波传播的新型数值模拟模型.通过对均匀水深水域内波浪传播的数值模拟说明,模型能较好地模拟大水深水域和强非线性波的传播.通过设置不同的入射波参数来进行潜堤地形上波浪传播的物理模型实验,并将数值解与物理模型实验结果进行了比较.     

不同地形下单浮子集成装置水动力性能研究

为探讨不同地形特征对单浮子集成装置水动力特性的影响,本文基于黏性计算流体动力学理论,应用Star-CCM+软件建立二维数值波浪水槽,研究了规则波作用下受不同地形影响的单浮子式防波堤与波能转换装置集成系统的水动力性能.结果表明:在低频区,不同地形下单浮子集成系统的波能转换效率均大于无地形影响下单浮子集成系统的波能转换效率...     

近岸波生流数值计算的一种新方法

运用Hardy-Cross法的基本原理建立了一种波生流计算的数值模型.本方法在维持计算稳定性方面表现出色,解决了以往的计算方法所存在的计算不稳定的根本缺陷,但是运用这一方法进行实际问题计算时还明显存在计算收敛缓慢的现象,对此,在探讨计算收敛原因的基础上,提出了同心矩形回路补正、粗网格计算初始值等对策.运用这些对策成功地提高了计算的效率和精度.最后通过计算例验证表明,运用本方法既能有效地维持计算的稳定,又能有效地解决局部缓和法所固有的计算效率低的问题,从而为研究和预测海岸工程对地形及环境变化影响问题提供了合理、实用的方法.     

非线性波传播的新型数值模拟模型及其实验验证 引入变换速度变量

以一种新型的含变换速度变量的Boussinesq型方程为控制方程组,采用五阶Runge-Kutta-England格式离散时间积分,采用七点差分格式离散空间导数,并采用恰当的出流边界条件,从而建立了非线性波传播的新型数值模拟模型.对均匀水深水域内波浪传播的数值模拟,说明在引入变换速度后进一步增大了模型的水深适用范围.对潜堤地形上波浪传播的数值模拟说明,在引入变换速度后进一步提高了模型的数值模拟精度.     

相同尺度地形与背景流共振生成内孤立波机制

为研究内孤立波的地形和背景流共振机制,用地形和背景流共振机制计算了3个潜标观测的内孤立波(不同模态、不同波长)的流速和传播速度,并与观测到的内孤立波进行比较。潜标观测的第一模态内孤立波(波长分别为6.4和3.3km)都是下凹型内孤立波,2个内孤立波的传播速度约为1.4m/s、最大振幅约为48m,水平流向结构都是上层西北向、下层东南向,波长3.3km 的内孤立波波峰前后有更明显的下降流和上升流。用共振机制计算出的第一模态和第二模态纬向流速的垂向结构与观测相同,最大纬向流速出现的深度与观测一致,分别相差5和12m。用共振机制计算出的内孤立波传播速度与用 KdV 方程计算的传播速度相当,共振机制计算波速为0.66~1.21m/s,KdV 方程计算波速为0.79~1.40m/s。     

近岸区不规则波成长模型的研究 Ⅰ.模型的建立

以不规则波在缓变地形和缓变流场水域的折射-绕射理论以及风浪的成长、衰减理论为基础,得到近岸区不规则波成长模型。结合近岸波浪特性和海洋工程应用的实际情况,建立综合考虑海岸、折射、白浪、底摩擦、流、风和非线性作用诸因素的近岸不规则波数值计算模型。该模型具有二维波谱特性及实用性。文章力图使模式更合理地反映近岸波浪的传播、成长和衰减规律,而整个计算工作量则较小,可在微型电子计算机上得以实现。     

琉球群岛海域海浪数值计算地形处理效应及试验分析

针对琉球群岛海域内多岛屿复杂地形对海浪数值计算的特殊影响,发展一种综合利用水深数据和高分辨率海岸线数据优化计算网格且引入次网格地形效应的方法,并利用WAVEWATCH-Ⅲ模式进行连续1个月的数值模拟试验。结果表明:采用该方法后,在计算网格分辨率上,充分考虑了海岸和多岛屿地形对海浪传播的作用和多岛屿的次网格效应,数值计算结果有明显改善。