深水波浪破碎时波浪演化特征实验研究

采用能量聚焦的方式产生深水破碎波,并通过增加输入波陡使发生不同强度的波浪破碎现象。实验中,沿水槽中心位置布置22个浪高仪,分析波浪传播过程中的波面演化特征。对水槽不同位置处波面数据进行波能谱与小波能谱分析,发现在聚焦波传播过程中,低频能量部分保持相对稳定,而一次谐波高频部分先逐渐拓宽,经过破碎区域后又逐渐恢复。能量在高频部分有所损失,这种现象在破碎时更加明显,且破碎强度越大,越显著。波浪未破碎时,由于波浪传播过程中高频部分拓宽,导致聚焦前后特征频率略有增加,特征群速和特征周期略有减小;当波浪破碎时,由于破碎导致的能量损失比较明显,且卷破时更加明显,导致破碎后特征频率减小,特征群速和特征周期增大。     

可控深水破碎波的实验室生成方法研究

实验室一般采用波浪聚焦方法生成深水破碎波,通过各组分波浪的波幅叠加生成一个波高显著增大的大波,使其波陡超过极限波陡发生破碎。利用该方法生成深水破碎波浪的破碎次数通常并不唯一,导致波浪破碎后的流场特征不明显;造波参数不易于选取导致研究工况的设置难度大,直接影响深水破碎精细化实验的效果和效率。本文采用聚焦波理论计算波面,并利用上跨零点法定义的波高和波长计算理论波陡,结合物理模型实验统计波浪沿程破碎次数与剧烈程度,研究以JONSWAP谱为造波输入谱型时,聚焦波幅、谱峰频率、频宽等造波输入参数对于波浪破碎情况的影响,从而建立深水波浪破碎次数与造波输入参数之间的近似定量关系,为实验造波参数的选取提供参考,提高实验效率。     

一个波浪破碎散射模型的改进

为了得到与实测数据更为一致的散射模型,对KHCC03散射模型进行了改进.研究了考虑波浪破碎影响的KHCC03散射模型的适用范围.研究结果表明,KHCC03散射模型在入射角为25°～40°范围内,模型结果与实测数据吻合较好,在入射角小于25°和入射角大于40°的情况下,模型结果与实测数据差异较大.针对这一问题,对KHCC03模型进行了改进,结果表明:与原KHCC03模型相比,改进后的模型结果与实测数据吻合程度明显提高.     

深水风浪破碎发生率与风速和风区的关系

根据于渤海中部采油平台测得的数据，结合实验室的测量，提出一种深水风浪破碎发生率与风速和风区关系的经验公式，与现已发表的少量海上测量结果相比较，此式符合良好。利用此式较好地解释了风浪破碎起始风速问题。     

深水极端波浪非线性几何特征试验分析

为了解极端波浪非线性特征,明确波群在演化过程中的水动力学特性,针对一系列高斯波群进行了深水物理试验分析。试验结果显示,增加波陡或波群宽度,均可使波面偏度Sk发生明显变化,尤其当波浪发生破碎后,在破碎区域内,波面偏度变化范围剧烈增大,说明该偏度极大值可能作为判断破碎的一个指标。波陡和波群宽度对波面不对称度影响程度不同:当波陡或波群宽度增加后,波峰不对称度所受影响最大,波峰前端波谷不对称度次之,波峰后端波谷不对称度所受影响最小,但仍不可忽略。在波浪演化过程中,幅值谱出现不同程度频带下移,波浪破碎后,会出现永久频带下移;当调制不稳定发生时,随着调制不稳定指数增加,频带下移量呈现快速增长趋势。     

深水破碎波判据的研究：I.破碎波判据的研究概况及计算方法

本文总结了近百年来破碎波判据的研究状况，全面分析了深水波浪破碎的理论与实验研究结果，就深水破碎波判据的研究方法和适用性进行了广泛讨论。给出了各种波浪破碎判据的表达形式及其相互间的换算关系；总结了破碎波实例资料的处理方法。     

基于波形不对称性的波浪破碎指标

为了探寻波浪破碎与波形不对称性的关系,通过对1/200缓坡上波浪破碎实验研究结果的进一步分析,运用最小二乘法,拟合了波形不对称性参数与相对水深的关系,以及用波形不对称性参数表示的波浪破碎指标表达式。所得规则波的结果与Kjeldsen的深水波结果相同,而不规则波的结果比规则波的小。研究还表明,这一破碎指标与相对水深有关系,随着水深变浅,指标值增大。     

波浪在浅水区的变形及破碎

利用波作用的守恒原理分析了波浪及波浪谱在水流作用下的变形;讨论了由于波的存在引起的水流速度垂线分布的变化;研究了不规则波的破碎准则;提出了浅滩上波浪谱变形及破碎的新方法以及计算破后波的VOF方法;最后讨论了方向谱在水流中的变形问题.     

关于波浪破碎特性的研究

有关波浪破碎问题的研究是海岸工程界十分关注的课题。本文列举了前人有关波浪破碎特性方面的研究成果；分析了波浪破碎前后波高的变化规律，作出了适当的假定；并考虑了动床海滩坡度、底摩擦以及紊动对波浪破碎特性的影响。应用波动能量耗散率理论，并结合孤立波理论的有关公式，作者推导了计算动床海滩上破碎指标ｒ_ｂ的公式，并进而给出破碎水深ｈ_ｂ与破碎波高Ｈ_ｂ的计算公式。通过不同规模实验水槽的资料验证表明，这组计算式具有广泛的实用性。     

波浪破碎下油滴粒径分布理论模型研究

海上溢油在波浪破碎的情况下经常会形成油滴,本文讨论了油滴形成的可能机制,根据量纲分析瑞利法建立了油滴卷入率与能量耗散率、卷入深度等破碎统计物理量的关系。基于量纲分析Π定理并根据毛细数、无量纲卷入时间与粘度比的实验关系,导出了油径谱的理论模型。初步结果表明,理论谱斜率-2.29与观测谱斜率-2.3符合良好,剪切率、表面张力、油滴半径、油和水的黏度等因素是影响油滴总数的主要原因。     

斜坡上波浪破碎与越浪非静压数值模拟

为合理确定防浪建筑物的越浪量,基于含非静水压力梯度项的非线性浅水方程建立了近岸波浪越浪数值模型。通过采用域内造波、消波并结合波前静压假定的破碎模型,模拟了规则波和不规则波在斜坡上的波浪传播变形,并在此基础上进行了越浪量数值计算。数值计算结果与物理模型实验结果表明,非静压模型可合理地描述波浪破碎点位置、破碎后的波高、增减水以及斜坡上的堤后越浪量。数值模型具有较高的计算精度和计算效率,可为实际工程防浪建筑物越浪以及堤顶高程的设计提供一种新的数值研究手段。     

深水波浪破碎与气体交换速率之间的关系

表面更新理论给出气体交换速率k与海面附近的海水湍动能耗散率呈1/4次方关系,而波浪能量耗散率Dt与湍动能耗散率密切相关。本文利用两种海浪谱耗散模型——Hasselmann模型和Phillips模型,结合深水浮标海浪频谱的观测数据计算了波浪能量耗散率。以前人给出的k与海面上10m高度处的风速U10关系式的平均值为标准,采用最小二乘的方法得到了k与Dt的经验关系。在此基础上,进一步利用SWAN和WAVEWATCHIII海浪数值模式计算了理想深水情况下的波浪能量耗散率,探讨了由海浪模式计算的波浪能量耗散率与气体交换速率之间的关系。结果表明,与SWAN模式相比,WAVEWATCHIII海浪数值模式结果与实际观测更为接近。     

缓坡上波浪谱的变形及破碎

在文献[1]中,通过实验分析和理论计算,笔者提出不规则波浪的破碎指标仍可采用合田^[2]的相对波高极值(H/d)_b与Michell^[3]和Miche^[4]的极限波陡指标(H/L)_b.本文利用该破碎指标,分析计算了缓坡上不规则波在水流作用下的谱变形、波高的统计分布以及波浪破碎的概率等,其结果与作者的实验结果符合良好。     

长江口深水航道工程对航道附近海域波浪分布特征的影响研究

本文针对长江口深水航道工程建设前后航道内波浪特征的变化进行了分析研究,首先基于对长江口历史波浪资料分析,确定了E、NE和SE3个浪向为航道内典型代表,采用第3代波浪模型SWAN对工程建设前后的波浪进行模拟计算。研究表明,航道工程建设后航道内的有效波高和周期明显减小,但是其变化的规律基本一致。在不同天文潮影响时,航道内的有效波高和周期大不相同。E向和NE向的浪在大潮期间有效波高和周期均高于小潮时,SE向浪却相反。对于NE向的浪,航道工程对有效波高的影响大致呈现出从右向左逐渐减弱。对于E向和SE向的浪,航道工程对有效波高的影响大致呈现出从右向左先增强再减弱。航道工程对不同方向的浪在不同分段上也有所不同,在右段对NE向的消弱最强,对SE向最弱,在中段和左段对E向消弱最强,对NE向最弱。航道内流场与水位对波要素的影响也略有差别。     

基于水槽实验的近岸波浪破碎计算研究

将前人波浪破碎计算及判定公式进行汇总、整理并分成3类;同时,为了对选取公式进行比较,文还将上述公式分为两类破碎波高计算模型,一类是直接计算模型;另一类是联立拍岸浪波高计算模型与破碎判据,建立的间接计算模型。在此基础上,结合实验数据,对破碎波高和破碎指标进行误差分析得出,间接计算模型中,Goda提出的破碎判据效果最好,为下一步拍岸浪精细化预报以及其区域计算模型的建立提供参考。     

近岸波浪破碎区不规则波浪的数值模拟

基于近岸不规则波浪传播的抛物型缓坡方程和两类波浪破碎能量损耗因子,对近岸波浪破碎区不规则波浪的波高分布进行了数值模拟,并结合实验结果对数值模拟结果进行了验证分析,结果表明采用两类波浪破碎能量损耗因子所模拟的破碎区波高与实测值均吻合良好,波浪破碎能量损耗因子及波浪破碎指标对破碎区波浪波高分布影响较明显。     

波浪破碎下湍流混合的实验研究

波浪破碎过程产生的湍流动量和能量垂向输运对于加快海洋上混合层中垂向混合具有显著效果.采用二维实验室水槽中对波浪破碎过程进行模拟.对采集的波浪振幅时间序列采用希尔伯特变换定位破碎波位置,波浪的破碎率随有效波高的增加而增大,波浪谱分析得到的波浪基本周期与有效周期结果相似.实验中采用粒子图像测速技术(particle ima...     

用流函数理论计算缓坡上波浪的破碎位置

本文通过理论计算及实验验证发现,在计算缓坡上波浪的变形、特别是确定波浪破碎点时,流函数波浪理论明显优越于线性波液理论。     

平缓岸坡上波浪破碎的实验研究

在１／２００的缓坡上进行了规则波与不规则波破碎的实验研究。在本实验条件下,分析了波形的不对称必至波浪破碎指标的影响,并以此对合田良实和Ｎｅｌｓｏｎ关于极平缓坡上规则波破碎指标的分歧作了解释。本文的研究还表明,底坡坡度ｉ、相对水深ｄ／Ｌ。及波形的不对称必至不规则波的破碎指标的影响较小。合田对规则波的破碎指标在不规则波条件下仍然可用,但系数Ａ应取为０．１５。不规则波波长与同周期按线悸理论计算之波长的比