孤立波在复合斜坡上浅水变形的CIP模拟

基于约束插值剖面(CIP)方法建立二维数值水槽,用更接近实际地形的复合斜坡来模拟岸坡,将波浪-岸坡-空气的相互作用问题通过多相流模型进行求解.运用双曲正切插值(THINC)法捕捉自由面,虚拟粒子法重构物体表面,对孤立波的近岸变形、破碎和水气掺混等强非线性复杂现象进行了分析.首先,对建立的数值水槽的造波性能进行了验证;然后,针对不同入射波高的孤立波在复合斜坡上的行进和演变展开了模拟,分析了孤立波在复合斜坡上的演变过程,并与相应的实验结果进行了对比,符合较好;最后,探究了复合斜坡的转折点对自由面抬升和速度场的影响.结果表明基于CIP法建立的数值模型可以很好地模拟孤立波在复合斜坡上复杂的浅水变形过程.     

孤立波作用下斜坡堤越浪量的数值模拟

海啸对海面上的船舶、建筑物及周围环境破坏极大,而对于海啸的研究通常采用孤立波来模拟.为了探究海啸对斜坡堤越浪的问题,在FLUENT软件中,建立二维数值波浪水槽,采用用户定义函数(user defined function,UDF)边界造波,流体体积函数(volume of fluid,VOF)方法追踪自由表面,模拟出孤立波波高随时间变化的情况.并利用斜坡堤数值波浪水槽模拟堤顶处的越浪量,与实验数据对比.进而,研究相对波高、相对超高、相对堤顶宽度对越浪量的影响.研究结果表明,孤立波在斜坡堤作用下,越浪量数值模拟的结果与实验值吻合较好;无量纲越浪量随着相对波高的增大而增大;随着相对超高、相对堤顶宽度的增大而减小;通过模拟不同堤顶宽度的越浪量,总结出孤立波越浪量沿堤顶宽度衰减的经验公式.     

海滩碎波带波性质的统计对比分析

利用台风影响下的海滩碎波带采集的两个测点的压力波资料从频域作了处理与计算 ,对波谱形态特征 ,有效波高、峰值周期、有效波陡、波的群性因子、碎波谱的平衡域和长重力波要素等相应的波性质作了对比分析。     

非淹没刚性植物对孤立波传播变形影响实验

通过波浪水槽物理模型实验,研究了孤立波在植物模型前后波高、波形的变化、入射波波高、植物分布密度以及分布方式对孤立波反射、透射系数和波能衰减系数的影响.实验结果表明,孤立波波高在植物模型中急剧减小;孤立波经过植物模型后,其透射波仍以孤立波的形式继续传播,波形由尖陡变为平缓;随着水深的增加,孤立波反射系数和波能衰减系数减小,透射系数增大;随着入射波高的增高,孤立波反射系数和波能衰减系数增大,透射系数减小;在植物分布形式相同的情况下,随着植物分布密度的增加,孤立波反射系数和波能衰减系数增大、透射系数减小;在植物分布密度相同的情况下,植物在垂直于孤立波传播方向上分布地越紧密,孤立波反射系数和波能衰减系数越大、透射系数越小.     

基于Harmonic Polynomial Cell方法的孤立波碰撞数值模拟

二维Harmonic Polynomial Cell (HPC)方法是一种高精度、高效率地求解拉普拉斯方程的数值方法,可以用于模拟波浪与波浪之间、波浪与海洋结构物之间的相互作用.本文基于HPC方法、重叠网格法以及Goring造波方法建立了模拟活塞式推板造波的二维全非线性数值波浪水槽,对孤立波的对撞现象进行了数值模拟,给出了等波高和非等波高孤立波的碰撞爬升结果以及撞后空间相位的变化规律.对于波幅为0.4的等波高的孤立波碰撞,数值结果和实验结果对比非常出色,从而验证了HPC方法应用于孤立波碰撞问题研究中的准确性.文章分析了在有关的实验和数值模拟中得到的结果与三阶理论解之间存在差别的原因.数值结果表明,碰撞的最大爬升波高大于初始孤立波波高之和,碰撞后的相位差在碰撞中点处较大,远离碰撞中点时趋于稳定.     

台风影响下海滩内碎波带的波动特征

根据９７１３号台风影响期间对粤东海岸一海滩内碎波带２个测波点同步测量的波浪资料,分析了内碎波带的波功率谱、交叉谱和二阶相干谱,讨论了海滩反射性、碎波要素、组成波之间非线性相互作用与长重力波的形成等与地形动力有关的海滩—碎波带波动特征     

弱非线性内孤立波在斜坡上的传播演化特性

采用简化的变系数内孤立波传播方程来描述弱非线性内孤立波在不同坡度斜坡上的传播演化过程.结果表明:弱非线性内孤立波在通过斜坡的传播过程中产生了不同程度的分裂现象,分裂为首波和尾波列.在通过斜坡的传播过程中内孤立波主要受到由地形诱导产生的浅化效应和能量耗散作用.对于非线性较弱的内孤立波,地形导致的浅化效应占主导作用,振幅逐渐增大并趋于稳定,而波速逐渐减小并趋于稳定.在相同的地形条件下,随着初始振幅增大,振幅的增加量减小,波速的减小量增加.随着斜坡坡度的增大,非线性内孤立波在传播过程中受到的能量耗散作用逐渐大于浅化效应,使得内孤立波在传播过程中振幅先增大后减小.当经过临界点(上下层流体深度相同的点)后,内孤立波由下凹型转变为上凸型.     

群波在斜坡上的爬落变化研究

通过理论推导，将群波分解为线性项和非线性项，讨论群波非线性项在不同水深条件下的影响情况，试验中取各组成波波高相等，频率间隔０．０２Ｈｚ，通过模型试验研究群波在斜坡上的爬落变化，并与相应于群波有效波高的规则波的试验成果和经验公式进行对比分析，发现群波和规则波在斜坡上的爬高和爬落幅度的规律大致相同，而落深存在一定差异，即当Ｉｒｉｂｒｒｅｎ数较小时，规则波没有回落现象，运用谱分析方法研究群波在斜坡上的爬     

可透浪斜坡式防波堤透浪系数对入射波要素的响应

针对实际工程中的可透浪式斜坡式防波堤结构,在不考虑越浪的情况下,通过物理模型和数值模拟试验相结合的方法,对斜坡式防波堤的透浪特性进行了分析研究,讨论了斜坡式防波堤透浪系数与堤心石粒径、相对堤身宽度等堤身参数以及透浪系数与入射波高、入射波周期和波陡等入射波波要素之间的关系,根据试验结果分别提出了规则波和不规则波作用下不越...     

孤立波作用下埋管斜坡海床及海底管道的响应分析

通过建立孤立波-斜坡海床-海底管道耦合模型,研究在孤立波作用下近岸浅水区域埋管周围斜坡海床土体的孔隙水压力响应和海底管道的受力及位移.采用考虑k-ε湍流的Navier-Stokes方程模拟孤立波在海底斜坡上的破碎、爬升及回落过程,并且通过计算获得斜坡表面波压力;基于Biot固结方程,建立波压力作用下的斜坡模型;基于线弹性理论,利用偏微分方程建立海底管道模型;计算分析埋管海床土体的孔压响应特征及管道的受力与变形;通过与文献试验数据和解析解的对比,验证了该分析方法与模型的准确性;利用验证后的数值模型,计算在孤立波作用下斜坡海床埋置管道周围土体的孔隙水压力响应、纵向有效应力响应、管道的纵向受力及位移.数值模拟结果表明:在孤立波回落阶段,埋置于斜坡海岸线附近的管道周围土体孔压下降明显,管道出现较大上浮,相较于水平海床和斜坡坡脚,此处管道的受力和位移情况最为不利.另外,管道埋深、土体参数,以及波浪的破碎、爬升及回落过程都对计算结果有着重要的影响.     

广义Boussinesq方程孤波解的轨道稳定性

应用Grillakis-Shatah-Strauss提出的轨道稳定性理论,研究了具有两个非线性项的广义Boussinesq方程孤波解的轨道稳定性与不稳定性,得到了判断该方程孤波解轨道稳定性的一般性结论.进一步根据方程的两个精确钟状孤波解,推出了它们的轨道稳定判别式的显式表达式,从而具体给出了使这两个孤波解轨道稳定的波速变化区间.另外,分析了方程中两个非线性项作用的大小对这两个孤波解轨道稳定波速变化区间的影响,给出了使这两个孤波解轨道稳定的最大波速变化范围.     

孤立波破碎过程试验与数模结果比较

进行了孤立波在缓坡上的变形，破碎及破碎后的波浪对直墙建筑物冲击作用的试验研究并与ＶＯＦ方法的数模结果进行比较，试验中的地形由１：４、１“５０的斜坡及水平段三部分组成，数模得到的波浪在破碎前后的变形过程及波浪破碎位置与试验结果符合较好，直墙面上的破碎波冲击压力幅值的数模结果与试验结果基本相符。     

海洋内孤立波中张力腿平台的水动力特性

基于内孤立波mKdV理论,采用时域有限位移运动方程,结合改进的Morison公式研究了两层流体中内孤立波与张力腿平台(TLP)的相互作用,针对东沙群岛南部海域附近某实测内孤立波特征参数,计算并分析了国际船舶结构力学会议提供的张力腿平台(ISSC-TLP)的内孤立波冲击载荷与运动响应,以及张力腿的张力变化特性.结果表明,内孤立波将对张力腿平台产生突发性的冲击载荷以及大幅度水平漂移运动,并使得张力腿的张力显著增大.     

基于边界造波法的波浪数值生成

一般边界造波法只是用来生成线性波,至于边界造波法对不规则波、孤立波和强非线性波等是否适用,并没有做过多分析与研究。基于线性波、二阶Stokes波以及孤立波的速度和波形解析表达式,采用边界造波法,借助FLUENT软件中的用户自定义(UDF)功能,通过二次开发在FLUENT中实现波浪的模拟,并对它们的数值解与解析解做出比较,以此来验证边界造波法的适用性。计算结果表明,该数值水槽能有效模拟这三种波浪。     

贝宁海滩上波浪传播演变特性研究

为分析贝宁海滩上波浪传播演变特性，基于开源波浪数值计算软件COBRAS建立了贝宁典型海滩剖面数值模型，模型中采用k-epsilon紊流模型求解雷诺应力，采用流体体积法捕捉自由液面，并采用斜坡上波浪破碎试验结果对数值模型进行了验证。基于该模型对常浪条件和极端波浪条件下海滩上波浪传播规律的模拟结果表明：常浪条件下波浪主要在沙坝附近发生破碎，极端波浪条件下波浪在沙坝外侧200 m处开始发生破碎；破碎区域内水质点速度较大，常浪条件下沙坝周围的流速可达7.5 m/s,极端波浪条件下破波带内水质点速度可达12.4 m/s,且波浪回流与入射波浪在沙坝周围相互作用会形成较强的涡旋；随着波浪非线性的增强，波浪爬高也逐渐增大，在极端波浪条件下，沙丘上会发生越浪。     

一类（2+1）维非线性扰动方程的孤立子行波摄动解

用行波变换和摄动理论研究了一类广义高维扰动破裂孤子方程.首先,通过行波变换,将高维问题简化为一维方程,其次,讨论了对应典型的破裂方程,并利用非线性方程待定系数投射方法得到了它的孤子精确解.再利用摄动方法得到了广义非线性扰动破裂方程的孤立子行波渐近解.最后,举例讨论了用本方法得到的孤立子渐近解的精度,说明了本方法得到的渐近解简单而有效,便于推广到对其它非线性物理模型的求孤立子渐近解.本文使用的方法具有普遍意义,它还能使用于非线性物理和其他实际问题.     

可渗透型结构的非线性水波绕射作用问题

含孔型结构的可渗透性具有对波浪的减弱效应,研究非线性波对该类结构的绕射作用机制有重要意义。分析了椭圆余弦波、孤立波以及STOKES二阶波对可渗透圆柱群结构的波绕射问题,给出了各类波对结构的绕射势解及STOKES二阶波对结构绕射作用的积分解式。     

破碎波作用下直立堤前海床的冲刷

对远破渡、近破波作用下直立式防波堤前海床的冲刷问题进行了研究。在实验基础上,对破碎波作用下直立堤前的冲刷形态、冲刷机理进行了分析;提出了堤前冲淤预报公式。     

海洋内波破碎及其能量耗散的研究进展

海洋内波是海洋中普遍存在的波动形式。它的不稳定和破碎会对海洋能量的再分配产生本质的影响,直接将能量从大尺度向小尺度过程传递,产生湍流混合。内波破碎产生的湍流混合又会显著地影响海洋环境。该文就近十五年来对内波的破碎机制以及内波破碎导致的能量耗散研究作一简要综述。