波浪谱在地形水流综合作用下的折射

根据波浪作用通量守恒原则,本文分析了波浪谱在水流与地形综合作用下的折射计算方法,提出了在平直海岸上受水流作用的折射计算程序WCINDS4.按与规则波计算结果的对比,给出了对比系数的诺谟图,可供实际工程应用.     

波-流相互作用源函数及其对海浪模拟的影响

当前,基于第三代海浪模式的波-流相互作用研究,通常仅考虑背景流场对海浪群速度大小、方向的改变及其所引起的波浪折射效应,忽略了流场对波浪能谱的影响。本文以波-流相互作用源函数为切入点,利用MASNUM海浪模式进行理想实验,阐释了水平方向上的波-流相互作用对海浪能谱的改变以及对海浪模拟可能造成的影响。结果表明：水平流速梯度量级、水深、波浪成长状态以及流速梯度方向均可以影响波-流相互作用源函数的作用效果,使得有效波高、谱峰波向的模拟结果发生变化。在更符合实际的水平流速梯度量级下,波-流相互作用源函数对有效波高和谱峰波向模拟值的影响非常小;但考虑到涌浪的长距离传播,其对谱峰波向的影响仍可能明显改变涌浪的传播形态。     

斜向波对直立式防波堤堤头作用的试验研究

直立式防波堤堤头在斜向波浪作用下波浪力的计算在现行的技术规范中尚属空白。通过物理模型试验给出了堤头结构设计所需的波压分布图，指出了波浪入射方向和地形对堤头所受波浪力的贡献有时可以超过波高和波周期，根据现行规范按波浪正向入射计算堤头所受的波浪力偏于安全。     

波浪谱在水流作用下的变化

本文根据波浪作用通量守恒原理及平稳随机过程的线性迭加原理分析了波面谱、速度谱及加速度谱在稳定均匀流作用下的变形问题。计算表明波谱分析法的结果比按特征值的规则波分析法的结果更为合理,特别是对流速与加速度场的分析尤为明显。计算结果与模型试验结果吻合较好。     

斜向波流作用下水平杆件上的波力谱

本文根据作者提出的线性化方法,对于斜向波浪和水流作用下水平杆件上的拖曳力做了线性化。根据线性波浪理论,求得了水平杆件上和整个杆件上的力谱矩阵。整个杆件上的力谱矩阵可通过单元波力谱与波向影响函数而得到。计算表明,波浪方向对力谱的影响较水流方向的影响更为显著。     

斜向不规则波对直墙作用的实验研究

通过长峰不规则波和方向波谱对直墙作用的实验研究 ,分别给出了每延米斜向不规则波波浪力与正向力之比 ,方向波谱波浪力与斜向长峰不规则波波浪力之间的关系 ,通过与规则波实验结果的比较给出了斜向规则波与不规则波波浪力之间的相对关系 ;并对斜向不规则波的反射系数与正向波时的变化作出了分析     

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。     

结合椭圆型缓坡方程模拟近岸波流场

波浪向近岸传播的过程中,由波浪破碎效应所产生的近岸波流场是近岸海域关键的水动力学因素之一.结合近岸波浪场的椭圆型缓坡方程和近岸波流场数学模型对近岸波浪场及由斜向入射波浪破碎后所形成的近岸波流场进行了数值模拟.计算中考虑到波浪向近岸传播中由于波浪的折射、绕射、反射等效应使局部复杂区域波向不易确定,采用结合椭圆型缓坡方程所给出的波浪辐射应力公式来计算波浪产生的辐射应力,在此基础上耦合椭圆型缓坡方程和近岸波流场数学模型对近岸波流场进行数值模拟,从而使模型综合考虑了波浪的折射、绕射、反射等效应且避免了对波向角的直接求解,可以应用于相对较复杂区域的近岸波流场模拟.     

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。     

多方向不规则波传播变形数值模拟

在推广的缓坡方程数学模型基础上建立了多方向不规则波数学模型,综合考虑了波浪折射、绕射、反射、底摩擦和风能输入等因素。基于线性波浪理论,将波浪方向谱在频率和方向上按等能量分割法离散后,分别计算各组成波的传播变形,再计算合成波要素。缓坡方程数学模型采用改进的ADI法求解,计算效率高,稳定性好。采用椭圆形浅滩不规则波模型试验结果和单突堤不规则波绕射理论解对数学模型进行了验证,数值模拟结果和试验值及理论解符合良好。利用该模型进行了某港港内波浪折射、绕射和反射的联合数值模拟,给出了合理的港内波高分布。     

双边多单元造波机造波性能分析

由若干独立摇板组成的多单元造波机是实验室研究波浪及其与海洋工程结构物相互作用的重要设备。由于单元摇板宽度和波浪周期对斜向波浪模拟方向角的限制、斜向波浪模拟引起的杂波和三维短峰波浪模拟的有效实验区范围等,是影响多单元造波机波浪模拟质量的关键问题。通过对海洋深水池双边多单元造波机性能的分析,获得了波向角与规则波浪周期的关系,避免杂波产生的波浪周期范围和三维短峰波浪有效实验区的范围。分析结果对于海洋深水池高质量模拟波浪并为海洋工程结构物模型试验提供良好的波浪环境条件具有重要意义。     

斜堤护面块体在斜向波作用下的稳定性

通过三维模型试验 ,研究了在斜向波作用下 ,扭工字块体、钩连块体、四脚空心方块和抛填块石等 4种块体在斜向波浪作用下的稳定性 ,给出了实用计算方法。     

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。     

方向分布对波浪谱在地形水流影响下折射的影响

本文计算分析了 Pierson-Moskowitz 谱、JONSWAP 谱与 Bretschnei—der-光易谱在不同地形、水流与主波方向影响下的折射在是否计及波谱能量的方向分布的影响,计算表明波能的方向分布对于谱特征波高值及波能传播的平均方向都有不可忽视的影响。     

高阶谱方法建立三维畸形波聚焦模拟模型

三维波浪方向聚焦是畸形波形成机理之一.为了模拟和分析这一现象,在势流理论内基于改进的高阶谱(HOS)方法,给出了时空聚焦方式生成畸形波的三维波浪模型.利用满足周期性边界条件的具有不同频率、不同传播方向的各独立组成波,分隔了计算域内的能量;使各组成波采用等振幅能量分布的形式,聚焦模拟了实验尺度畸形波;把高阶谱方法拓展到大尺度的开敞海域,考虑波浪方向分布的影响,聚焦模拟了大尺度畸形波的发展和形成过程.     

直墙前矩形月池水波振荡研究分析

月池内流体存在活塞和晃荡两类振荡现象。基于线性势流理论,推导了波浪斜向入射下,直墙前矩形月池辐射和绕射问题的解析解。通过分离变量法和特征函数展开法求解了速度势函数,根据边界条件来确定速度势函数中的未知系数,由速度势函数计算斜向波与矩形月池相互作用的水动力系数和波浪激励力,对它们的变化规律进行了分析讨论,研究了底部开口大小、波浪入射角度对矩形月池水动力特性的影响以及直墙远近对波浪力的影响。结果表明,月池底部开口大小对流体水平作用的影响较小,而对流体垂直作用的影响较大;波浪入射角度的变化对矩形月池横荡和横摇运动时的水动力特性有一定的影响;在一定条件下,直墙的存在会使得月池在水平方向所受到的波浪力比开敞水域中的要大。     

港域波浪数学模型的改进与验证

通过物理模型对改进的港内波浪传播变形数学模型进行验证。该数学模型以推广的时变缓坡方程为控制方程,采用含松弛因子的ADI法求解,并对波浪反射和透射边界模拟方法进行改进。先通过物理模型试验确定斜向浪入射条件下抛石防波堤前的波浪反射系数,作为数学模型中部分反射边界模拟的依据。然后进行了一个典型港口内波浪折射、绕射和反射的模型试验,测量港内波浪分布。对比模型试验和数学模型计算的结果表明,数学模型可较好地模拟港内复杂地形和边界条件下规则波和不规则波的传播变形。     

斜向和多向不规则波在斜坡堤上的平均越浪量的试验研究

通过三维物理模型试验研究了在斜坡堤上斜向和多向不规则波在非破碎条件下的平均越浪量与波浪参数及堤参数的关系.着重考察了波浪以小角度(0°~30°)斜向入射时平均越浪量的变化情况,肯定了多向波的越浪量在这一范围内有所谓“小角度斜向增加”的现象,但否定了单向波也具有这一现象.在考察波浪的方向分布影响时发现波浪斜向入射时多向波的越浪量往往要比单向波的大.比较了已有的相关研究成果,给出了适用于混凝土护面和扭工字块体护面斜坡堤上斜向和多向不规则波的平均越浪量的估算公式.     

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。