基于GPU加速的Boussinesq类波浪传播变形数值模型

Boussinesq波浪模型是一类相位解析模型,在时域内求解需要较高的空间和时间分辨率以保证计算精度。为提高计算效率,有必要针对该类模型开展并行算法的研究。与传统的中央处理器(CPU)相比,图形处理器(GPU)有大量的运算器,可显著提高计算效率。基于统一计算设备架构CUDA C语言和图形处理器,实现了Boussinesq模型的并行运算。将本模型的计算结果同CPU数值模拟结果和解析解相比较,发现得到的结果基本一致。同时也比较了CPU端与GPU端的计算效率,结果表明,GPU数值模型的计算效率有明显提升,并且伴随数值网格的增多,提升效果更为明显。     

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。     

分层海洋的内孤立波

本文从流体力学基本方程组出发,在非地转条件下导得了分层海洋的内孤立波方程—Kbv和mKdv方程,证实了在非地转条件下,一类海洋非线性波动是可以严格满足内孤立波方程的。在地转条件下采用f平面近似导出了KdV方程的演化形式一有源KdV方程,地转的影响含于源项中。由初步的分析得出,f对KdV方程的影响是微弱的。由已得的KdV和mKdV方程的解可知,内孤立波与线性波有着本质差别。     

北部湾北部海雾短期预报方法

本文基于数理统计方法,根据涠洲、北海、白龙尾三站1968年一1979年共12年水文、气象观测资料,利用逐步回归分析方法,选用与海雾相关性较好且物理意义较为清楚的影喻因素,作为海雾的预报因子,对预报因子进行统计假设检验,即X~2检验。在此基础上,建立预报（12月、1月）本海区出雾的24小时的预报方程,并用 1980年—1982年（12月、 1月达三年来未参加统计）的资料进行后报验证。     

The Working Mechanism and An Analytic Method of the Deep Embedded Large Cylinder Structure

The large cylinder is a new-type structure that has been applied to harbor and offshore engineering. An analytic method of the relationship between loads and the structure displacement is developed based on the failure mode of deep embedded large cylinder structures. It can be used to calculate directly the soil resistance and the ultirnate bearing capacity of the structure under usage. A new criterion of the large cylinder structure, which discriminates the deep embedded cylinder from the shallow embedded cylinder, is defined. Model tests prove that the proposed method is feasible for the analysis of deep embedded large cylinder structures.     

A New Pursuit Mode of Nonlinear Wave Surface

The numerical mode of nonlinear wave transformation based on both the Laplace equation for water field and the Bemoulli equation for water surface is a kind of time-domain boundary problem with initial conditions. And the basis for establishing the numerical mode of nonlinear wave in time domain is to trace the position of wave free surface and to calculale the instantaneous surface height and surface potential function. This paper firstly utilizes the ‘0-1‘ combined BEM to separate the boundary by means of discretization of Green‘ s integral equation based on the Laplace equation, then separates the free surface of wave with FEM and derives the FEM equation of wave surface that satisfies the nonlinear boundary conditions. By jointly solving the above BEM and FEM equations, the wave potential and surface height could be obtained with iteration in time domain. Thus a new kind of nonlinear numerical mode is established for calculating wave transformation. The wave test in the numerical wave tank shows that the numerical simulation with this mode is of high accuracy.     

复杂网络河的数值模拟

依据复杂网络河的特点及其内在联系，本文建立了其特征矩阵及由Newton-Raphson格式表述的隐式圣－维南差分方程组的系数矩阵，经输入边界条件及解方程组，可得到不同各支段上，下游端点上的水位和流量值。     

考虑风能输入的抛物型缓坡方程

在Radder和Kirby发展的波浪折射绕射缓坡方程抛物型模型基础上,对这种模型进行了改进,改进后的模型除可以考虑波浪传播过程中的底摩阻损耗、非线性作用外,加入了风能输入对波浪传播的影响。基于风能输入项的波浪模型数值计算结果表明,在纯风浪情况下的计算结果与传统的风浪计算方法结果一致,在波浪传播过程中由于风的作用,将导致波高比无风作用下计算的波高大。     

透空式防波堤周围的非线性波浪传播的数值模拟

对非线形波浪在透空式防波堤周围的波浪变形进行了数值模拟,在Boussinesq波浪方程中加入与透空建筑物有关的新的耗散项,从而界定了透空建筑物引起的部分反射和透射,波浪折射衍射的传播过程通过控制方程求解。波浪控制方程通过有限差分方法求解。模型应用于模拟波浪经过具有部分反射的群桩式透空结构,结果表明透空式防波堤可以有效地衰减波浪,是重力式结构的一种替代形式。     

适合中等水流的Boussinesq方程

推导了含量阶为O(ε1/2)的瞬变非均匀流的Boussinesq水波方程,讨论了该量阶水流对流场速度和压力分布的影响,采用了Crank-Nicolson格式的预估-校正有限差分法对该方程进行了数值求解.把数值结果与无水流情况的实验结果进行了对比,验证了该方程和数值计算方法的有效性,与经典的Boussinesq方程和含量阶为O(1)的瞬变非均匀流的Boussinesq水波方程的计算结果进行了比较,考察了该方程的适用范围.