非线性弥散效应及其对波浪变形的影响

针对Hedges,Kirby和Dalrymple提出的非线性弥散关系的修正式在浅水区存在的较大偏差的问题，给出了一个在整个水深范围内具有单值性的非线性弥散关系。比较可知，它具有在深水与中等水深逼近二阶Stokes波的弥散关系式，在浅水较Hedges,Kirby和Dalymple的修正表达式与Hedges的关系更加吻合的优点，且形式简练，用近似该非线性弥散关系的显式表达式，结合弱非线性效应的缓坡方程，得到考虑非线性弥散影响的波浪变形模型。数值模拟结果表明，用新的非线性弥散关系得到的模型对复杂地形进行模拟的结果和实测结果吻合很好。     

非线性效应对浅水水波变形的影响

本文采用波数矢量无旋和波能守恒方程建立了一个考虑非线性作用的浅水水波变形数值模型,模型中采用Ｂａｔｔｊｅｓ关系与波数矢量无旋,波能守恒方程一起来求解波浪在浅水中变形的波浪要素,在波能守恒方程中考虑了底摩擦的影响。利用本文提出的数值模型对一个斜坡浅滩水域波浪折射绕射现象进行了验证,验证计算中用一个非线性经验弥散关系近似浅水水波变形的非线性效应并与用线性弥散关系的计算结果进行了比较,结果说明使用非线性     

适用于曲边界的浅水非线性波浪数值模型

实际工程中存在大量的曲边界,因此在曲边界上的计算准确性可以考察出一个数值模型的实用价值。利用Beji的改进型Boussinesq方程建立了一个有限元方法的数值波浪模型。造波方面采用Fenton提出的非线性规则波浪解;在墙边界处,以求解法线方向和切线方向的速度和导数代替求解x、y方向的速度和导数,从而使边界条件直接适用、严格满足,保证了对曲边界计算的准确性。"重开始广义极小残量法"的使用保证了求解方程组的效率和精度,使造波和边界处理方法的有效性和准确性得到了合理地诠释。通过与试验数据、他人数值结果、解析解的比对,显示出该模型计算稳定、结果准确,真正体现出了有限元方法对曲边界适用的优势。     

考虑非线性弥散影响的波浪变形数学模型

提出了逼近Kirby和Dalrymple的非线性弥散关系的显式非线性弥散关系的表达式,该显式表达式与他们的非线性弥散关系的精度几乎完全相同.采用显式非线性弥散关系,结合含弱非线性效应的缓坡方程,得到考虑非线性弥散影响的波浪变形数学模型,并对该数学模型进行了数值验证.结果表明,考虑非线性弥散影响的波浪变形数学模型更为精确.     

波浪浅水变形的数值计算

本文给出缓慢倾斜海底上波浪浅水变形计算的数值模式。该模式取相对水深h/L0＝0．1为连结点，根据已知的初始波要素值,使用线性波理论和椭圆余弦波理论，分别计算因水深变浅引起的波高、波速的波长的变化。     

近岸水域波浪变形数学模型

本文采用波数矢量无旋和波能守恒方程建立了一个近岸水域波浪变形数学模型,模型中采用Ｂａｔｊｅｓ关系与波数矢量无旋,波能量守恒方程一起来求解近岸水域波浪折射绕射的联合影响的波浪要素。利用本文提出的数学模型对一个斜坡浅滩水域波浪折射绕射现象进行了验证,结果表明本文提出的近岸水域波浪变形的数学模型是可靠的,计算所得结果与试验结果是吻合的。     

波浪非线性弥散关系分析

Hedges及Kirby等的非线性弥散关系及其修正式在浅水区小波陡时存在较大误差 ,李瑞杰等针对这个问题给出了新的非线性弥散关系式。本文通过对各种非线性弥散关系计算分析可知 ,由李瑞杰等提出的非线性弥散关系除了具有Hedges ,Kirby和Dalrymple等人提出的非线性弥散关系及修正式的优点外 ,还能大大地减小在小波陡相对水深为 1相似文献   

数值波浪水槽中完全非线性浅水波仿真特性研究

应用基于势流理论的时域高阶边界元方法,建立一个完全非线性的三维数值波浪水槽,通过实时模拟推板造波运动的方式产生波浪。通过混合欧拉-拉格朗日方法和四阶Runge-Kutta方法更新自由水面和造波板的瞬时位置。利用所建模型分别模拟了有限水深波和浅水波,与试验结果、相关文献结果和浅水理论结果吻合较好,且波浪能够稳定传播。系统地讨论造波板的运动圆频率、振幅和水深等对波浪传播和波浪特性的影响,并对波浪的非线性特性进行分析,研究发现造波板运动频率、运动振幅以及水深均将对波浪形态和波浪非线性产生显著影响。结果为真实水槽造波机的运动控制以及波浪生成试验提供了依据,便于实验室设置更合理的参数来准确模拟不同条件下的波浪。     

方形墩柱上的非线性波浪荷载

本文应用积分方程和时间步进法,考虑了在以流函数理论为基础的非线性规则波作用下,方形墩柱结构上的非线性波浪力和力矩。已有的一些结果表明本文计算值与一些实测结果吻合良好。文章给出了一些可供一般工程设计参考数值计算结果和经验公式。     

浅水非线性波作用下沙质底床孔隙水压力响应数值分析

近岸水深较浅,波浪具有较强的非线性,海床破坏与波浪作用下孔隙水压力的分布有着密切的关系。波浪场控制方程采用雷诺时均方程和k-ε紊流模型,入射波采用椭圆余弦波,采用PLIC-VOF法追踪自由表面;海床域以Biot动力固结理论为基础,建立了非线性波浪与海床相互作用的弱耦合数学模型,获得椭圆余弦波作用下沙质海床中孔隙水压力响应规律。计算结果表明,与线性波浪相比,浅水非线性波作用下沙质海床中孔隙水压力幅值增大非常显著。     

显式非线性弥散关系在浅水波变形计算中的应用

本文参照Ｚｈａｏ和Ａｎａｓｔａｓｉｏｕ的方法,导出了逼近Ｂｏｏｉｊ的非线性弥散关系的近似显式表达式,该式给出的结果与Ｂｏｏｉｊ的非线性弥散关系相当吻合。用中文显式非线性弥散关系,结合会弱非线性效应的缓坡方程,构成含非线性影响项缓坡方程的一个求解浅水波变形问题的方程组。用实验数据对本文模型进行验证,结果表明,显式非线性弥散关系在求解浅水波变形问题时,给出了更符合实验数据的结果。     

近岸波浪传播折射变形的数学模型综述

对研究近岸波浪折射变形的各种数学模型（基本方程和数值方法）进行了较为系统的归纳总结和评述,内容包括线性规则波折射数学模型,非线性规则波折射数学模型,波群折射数学模型,不规则波折射数学模型。     

渤海和黄海北部波高与周期联合分析

分析波高与周期的联合分布特征对于海洋平台设计、海洋工程建筑等有着重要的意义。基于SWAN模型模拟的波浪后报数据对渤海和黄海北部1999~2018年的波浪特征进行了统计分析。分别对20年的波高和周期数据进行了统计分析,得到了研究区域20年有效波高和波周期的季平均值和最大值的区域分布特征。然后以散布图的形式刻画了整个区域20年波高和周期的联合分布特征。为了更深入地研究波高和周期的联合分布规律,选择了两个研究点A1和A2,A1在渤海内部相对近岸,A2在黄海北部深海区。统计结果表明,在A1和A2,波高与周期的联合分布特征较为相似,均呈现斜三角形的分布特征,然而大波高大周期的波浪却呈现不同的分布特征。最后,利用20年的波浪后报数据,在A1和A2点构建了有效波高和谱峰周期的联合概率模型,并采用IFORM法得到了50年、100年和200年重现周期的环境等值线,为研究海域海上结构物的可靠性设计提供了参考。     

规则波和不规则波作用下消波建筑物前的波高分析

消波建筑物在国内外已得到广泛应用。本文采用近似方法分析了明基床上直立式消波建筑物前的波高及消波室内的波高，从而确定建筑物的消波效果。并在规则波的基础上将成果推广至不规则波作用下的情况。     

由模拟波面统计分析波高－周期联合分布

阐述以实测或拟合海浪谱为靶谱，用等能量分割法作波面数值模拟，从而利用模拟波面统计分析波高（Ｈ）－周期（Ｔ）联合分布。对波候的Ｈ－Ｔ联合分布、长时段海浪连续记录的Ｈ－Ｔ联合分布以及风浪、涌浪和混合浪的Ｈ－Ｔ联合分布进行了讨论。结果表明，只要已知特征波高和周期，就可反演出模拟波面，进而估测Ｈ－Ｔ联合分布情况，这对了解与各种特征波高对应的周期问题及在海洋工程应用上有一定的参考意义。     

综合考虑多种变形因素的近岸规则波传播数学模型Ⅰ. 基本方程的导出

推广了Kirby的有环境水流影响的缓坡方程,得到了综合考虑环境水流(水流因子)、非线性弥散影响(非线性因子)、底摩擦波能损失(底摩擦因子)、非缓坡地形影响(地形因子)、折射、绕射、波浪破碎多种变形因素的波浪传播控制方程,并给出了非线性因子、地形因子、底摩擦因子、水流因子的确定方法。基于导出的方程做进一步推导,得到了波高和波向为变量的综合考虑多种变形因素的波浪传播基本方程,该方程有许多优点:1)其绕开了求解波势函数的困难,将椭圆型方程的边值问题化为初值问题;2)直接求解波高和波向;3)可采用有限差分法离散求解,对空间步长没有限制,适合大面积海区波场计算;4)综合考虑了多种波浪变形因素,方程更为合理,5)容易处理波浪破碎问题。     

考虑底摩擦的波浪折射计算

本文用考虑底摩擦的折射模式计算了浅水中波高和波向分布。作为一个例子,根据不同的摩擦系数和不同的边界条件计算了一种简单海底地形的折射系数、衰减系数和折射角,所得结果与不考虑底摩擦的折射模式结果进行比较,发展它们之间存在一些差异,表明在浅水中底摩擦对波高有一定影响。     

驱动非线性浅水波的行波特征研究

采用带有外界强迫效应的浅水动力学模式研究非线性波动、获得了依赖于外界输入形式的驱动水波的行波解。研究结果表明,驱动水波仍具有非线性波动的一般性质,而当外界强迫波速与水波固有速度一致时,水波出现共振效应,并且外界强迫孤立子将导致驱动水波孤立子产生。