近岸岛屿周围波生流的数值模拟

基于非结构网格有限体积法的环流模型,建立了相位平均的波流作用模型。模型中考虑了波浪破碎效应的三维辐射应力和波流作用下的扩散系数。通过模拟试验水池中人工岛和天然岛屿周围的波生流,对岛周围波生流的运动特征进行了分析。当波浪垂直入射到均匀斜坡上的人工岛时,岛周围产生回流和对称的环流,流速沿水深分布稍有差异。在天然岛屿中,入射波浪在近岸形成沿岸流。靠近岸线岛屿周围的沿岸流比离岸较远岛屿周围的流速大。这和辐射应力在浅水区域作用有关,岸线区域波生流特征明显。近岸岛屿周围在波浪辐射应力下产生不同的波浪增水,该波浪增水形成压力梯度进而促进岛屿周围的流态变化。     

非结构化网格下近岸波生流数值模拟

波浪破碎产生的近岸流是近岸海域关键的水动力因素之一。基于近岸波浪的椭圆型缓坡方程和二维近岸波生流方程,建立了非结构化网格下近岸波浪破碎形成的近岸流数值模型。数值模型中,在空间上采用有限体积法进行数值离散,在时间上采用欧拉向前格式数值离散。数值计算结果表明,该数值模型可以有效地模拟近岸波浪破碎产生的近岸流。     

近岸沿岸流及污染物运动的数值模拟

基于双曲型缓坡方程和近岸浅水方程对近岸波浪斜向入射破碎所生成的沿岸流及污染物在沿岸波流作用下的运动进行了数值模拟,并对数值模拟结果进行了验证分析。数值模拟结果表明,在相近工况参数下,随着入射波高的增大,沿岸流流速和平均水面升高值均明显增大;随着岸坡坡度的增加,沿岸流流速和平均水面升高值明显增大;随着入射波浪周期的增大,平均水面升高值明显增大。在沿岸缓坡区域,由斜向入射波浪破碎所产生的沿岸流对污染物的运动起着不可忽略的影响。     

沿岸流的Petrov—Galerkin有限元数值模拟

本文研究了近岸带内由于波浪破碎引起的沿岸流问题的数值解法,推导了适用于一维对流扩散方程的点点精确的 Petrov—Galerkin 有限元一般公式及其对权函数形式的要求,给出了四种权函数的初等表达式,得到了一种对沿岸流问题行之有效的计算格式。两个算例与传统格式相比较,都证实了这种格式具有明显的优越性。     

完全非线性波浪破碎模型沿岸流数值模拟

探讨一种基于完全非线性Boussinesq方程的波浪破碎模型在沿岸流计算中的应用问题。针对控制方程中的完全非线性项对沿岸流成长过程的影响进行了深入讨论。数学模型计算结果表明,完全非线性项有使平均流局部化的作用;通过数模实验还发现,垂向高阶涡度项可以有效抑制破波区外回流;运用Visser的实验室沿岸流实测资料从沿岸流速度、波高和平均水位几方面对所提模型进行了验证,并给出了紊动参数的计算结果。     

近岸波浪和波生流环境中泥沙输运的数值模拟

Owing to lack of observational data and accurate definition,it is difficult to distinguish the Kuroshio intrusion water from the Pacific Ocean into the South China Sea(SCS).By using a passive tracer to identify the Kuroshio water based on an observation-validated three-dimensional numerical model MITgcm,the spatio-temporal variation of the Kuroshio intrusion water into the SCS has been investigated.Our result shows the Kuroshio intrusion is of distinct seasonal variation in both horizontal and vertical directions.In winter,the intruding Kuroshio water reaches the farthest,almost occupying the area from 18°N to 23°N and 114°E to 121°E,with a small branch flowing towards the Taiwan Strait.The intrusion region of the Kuroshio water decreases with depth gradually.However,in summer,the Kuroshio water is confined to the east of 118°E without any branch reaching the Taiwan Strait;meanwhile the intrusion region of the Kuroshio water increases from the surface to the depth about 205 m,then it decreases with depth.The estimated annual mean of Kuroshio Intrusion Transport(KIT) via the Luzon Strait is westward to the SCS in an amount of –3.86×106 m3/s,which is larger than the annual mean of Luzon Strait Transport(LST) of –3.15×106 m3/s.The KIT above 250 m accounts for 60%–80% of the LST throughout the entire water column.By analyzing interannual variation of the Kuroshio intrusion from the year 2003 to 2012,we find that the Kuroshio branch flowing into the Taiwan Strait is the weaker in winter of La Ni?a years than those in El Ni?o and normal years,which may be attributed to the wind stress curl off the southeast China then.Furthermore,the KIT correlates the Ni?o 3.4 index from 2003 to 2012 with a correlation coefficient of 0.41,which is lower than that of the LST with the Ni?o 3.4 index,i.e.,0.78.     

磨刀门河口枯季波生流场数值模拟研究

本文建立曲线坐标系下的双曲型缓坡方程波浪模型和考虑波浪辐射应力影响的深度平均2D潮流数学模型,首次研究了磨刀门河口2011年地形条件下的枯季波生流场。受波浪作用影响,落潮阶段,波浪作用方向与流向相反,在波浪顶托效应下拦门沙沙脊及外坡处流速普遍减小,形成两个主要回流区,口门外东西两侧浅滩处流速也减小,东西两汊及横洲深槽流速增大;涨潮阶段,波浪作用方向与流向相同,拦门沙沙脊及外坡处流速增大,沙脊处出现冲越流,口门两侧浅滩处流速增大,横洲深槽流速减小。     

沿岸流非线性不稳定特征数值研究

当不稳定剪切波的波幅达到有限幅值之后,需要用非线性不稳定模型来分析沿岸流不稳定运动特征。本文通过建立并验证沿岸流非线性不稳定数学模型,在讨论该模型参数对沿岸流不稳定影响的基础上,率定实验中的模型参数并利用该数学模型模拟了实验中沿岸流不稳定的发展过程及其特征,主要结论有:（1）底摩擦系数越小,侧混系数越小,不稳定发生的时间越早,不稳定的波动幅值越大;（2）沿岸流非线性不稳定演化可能出现的5个阶段（线性阶段、倍周期阶段、大周期阶段、波群阶段以及不规则阶段）,实验中出现的沿岸流通常处于线性阶段或非线性倍周期阶段,倍周期阶段的涡旋是由线性阶段的涡旋发生追赶、配对直至合并产生的。涡旋配对以碰撞的形式发生,大部分能量转移至追踪波,然后以较慢的涡旋速度沿岸传播。     

闽浙沿岸上升流的数值模拟

本文将闽浙沿岸作为研究海区,采用坐标下三维斜压非线性的浅海陆架模式,综合考虑风、边界流(台湾暖流、黑潮、长江冲淡水)及地形等动力因子对上升流形成的影响,较好地模拟了闽浙沿岸上升流的分布。得出夏季闽浙沿岸近海岸区域有三个比较强的上升流中心,分别位于2520′N,12000′E、2640′N,12015′E、2720′N,12045′E附近,并且在对闽浙沿岸水文结构的模拟中,同样得出夏季沿岸的低温高盐区与计算出的三个较强的上升中心一致。冬季沿岸上升流的强度和范围都明显减弱,但在2520′N,12000′E和2600′N,12030′E及2830′~3000′N,12200′E附近仍有相对较强的上升流存在。     

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.     

青岛麦岛污水处理厂工程海沿岸近岸流的数值模拟

采用动量方程、波数矢量无旋和能量守恒关系对青岛市麦岛污水处理厂工程海区近岸流进行了数值模拟计算，计算结果表明本文提出的近岸流的计算方法是适合工程应用的。采用该模型对沿岸规则波产生的近岸流流场进行数值模拟是简便可行的。     

青岛麦岛污水处理厂工程海区沿岸近岸流的数值模拟

采用动量方程、波数矢量无族和能量守恒关系对青岛市麦岛污水处理厂工程海区近岸流进行了数值模拟计算，计算结果表明本文提出的近岸流的计算方法是适合工程应用的。采用该模型对沿岸规则波产生的近岸流流场进行数值模拟是简便可行的。     

灌河口沿岸流场的数值模拟

苏北灌河的入海口门处有沙咀,其岸形和底形都比较复杂。本文对潮流、波浪流和灌河径流综合作用下的口外沿岸流场进行了数值模拟。用一、二维联合法求解。口外水域用有限元模式求解,口内河道用一维显式差分求解。用现场资料和公式推算分别对计算的潮流场和波浪沿岸流进行了验证,结果令人满意。     

考虑植物影响的波浪和波生流迭加条件下水动力特性数值模拟研究

海岸湿地是近海地区重要的生态系统,由于潮流、波浪尤其是非连续水流与植被的相互作用,导致该海域的水动力环境复杂多变。本文发展了一个深度平均二维波流耦合数学模型,模拟湿地海域波浪和波生沿岸流的运动特性。水动力模型中植物拖曳力作为源项放入动量方程中,在波浪作用量平衡方程增加波能耗散项用于解释水生植物对波浪产生的阻力作用。在动态耦合模型中,波浪模型为潮流模型提供波浪辐射应力、波高、波浪周期等数据信息,潮流模型为波浪模型提供计算的水位和流速,可以达到双向动态耦合。本文发展的波流耦合模型通过三个实验室试验数据加以验证,计算结果和实验数据吻合较好,在波浪、波生流和植物迭加条件下,所建模型能够有效地模拟波浪、沿岸流等不同现象。     

海啸波数值模拟的研究现状

介绍海啸特点及主要分布状况,对比现在常用的海啸模拟数学模型,并分析数值模拟海啸的研究中存在的问题及研究进展,最后提出对未来进行精确的海啸数值模拟研究的一些展望。     

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。     

东海沿岸潮致上升流的数值模拟

卫星照片显示东海沿岸存在一条狭长的低温水带，这是上升流将外海深层低温海水带到近岸表层所造成的现象。本文从潮汐因素探讨上升流产生的原因。对东海沿岸海域Ｍ２分潮进行三维潮流数值计算，得出的各层水平余流和垂直余流表明，由于潮汐非线性效应和海底地形的影响，能够在中国东海沿岸产生一条狭长的上升流带。此结果与卫星照片显示的海面低温水域的范围基本一致。此外还计算了在不同风速、风向作用下产生的风生上升流，并与潮致上升流进行了比较     

不规则波情况下沿岸流不稳定运动传播方向的研究

本文以沿岸流不稳定运动实验中流速仪采集到的不规则波的流速时间历程为基础,利用相关性分析,得到两个不同位置处对应流速时间历程的最大相关系数和延迟时间,进而分析沿岸流不稳定运动在1∶40和1∶100平直斜坡上的传播方向,并且分析了其随入射波高、周期的变化。结果表明沿岸流不稳定运动在海岸垂向环流系统的作用下,其传播方向会向海方向偏移,与岸线角度大约在0°到45°之间,且在1∶40和1∶100坡情况下,沿岸流不稳定运动的偏移角分别随入射周期和波高的增加而增加,但1∶100坡的增加幅值较小,大约为1∶40坡情况下的1/2。     

福建沿岸上升流数值研究Ⅱ.台湾海峡上升流的三维数值模拟

用有限差分法结合新sine-σ坐标变换和三次样条函数性质,建立了适用于台湾海峡上升流计算的三维数值模型.为考察海峡内潮、风、北上的海峡暖流和地形等因子对上升流形成的影响,设计了多种实验方案.结果表明,潮的非线性效应对海峡内上升流的形成有相当重要的影响.潮流和海峡暖流的存在是台湾浅滩上升流形成的主要原因,也是非季风期福建沿岸上升流形成之主因.西南季风盛行期,福建沿岸上升流得以加强,范围扩大,台湾浅滩上升流中心位置南移;东北季风期,福建沿岸上升流在上、中层基本消失,但海坛岛和东山岛近岸下层仍有上升运动存在,台湾浅滩上升流出现范围向北扩展.由于东北风的连续吹刮,台湾西岸亦出现了范围较窄的上升流迹象.计算还表明,海峡内各上升流有明显的季节性和区域性差异.风对海峡内上升流的中、上层结构起主导作用,而潮和海峡暖流则对中、下层上升流的形成起支配作用,因而导致上升流垂向结构的上下异性.     

内孤立波数值模拟方法研究

本文选用RNGk-ε湍流模型封闭二维不可压缩N-S方程组,选用KdV、mKdV理论作为输入条件进行内孤立波造波模拟。运用流体模拟软件Fluent建立二维内波数值水槽,用动网格手段实现网格变形模拟物理边界造波法,用VOF方法进行密度分层流体的内界面追踪,对不同非线性强度的二相流内孤立波进行了数值模拟。并将数值模拟结果与KdV、mKdV理论波形以及内波试验水槽所造内孤立波进行对比,验证了此套造波方法在Fluent中进行内孤立波模拟的可行性。