基于波能守恒方程模拟近岸波流场

基于波能守恒方程对平直斜坡上近岸波浪场以及近岸波浪斜向入射破碎后所产生的沿岸流场进行数值模拟.鉴于平直斜坡地形较简单,便于简单计算,利用基于波能守恒方程建立的波浪场数学模型计算得到波高的变化,从而利用Longuet-Higgins计算辐射应力.在此基础上,利用近岸波流场数学模型对实验波况下的波流场进行模拟,并将数值模拟...     

应用时间关联型缓坡方程数值模拟波流相互作用

从含水流项的时间关联型缓坡方程出发,采用有限差分法,建立缓变水深和水流水域波浪传播的数值模型.模型对空间导数项采用三点差分格式离散,对时间导数项采用Euler预测-校正格式离散.基于开边界条件与不同反射特性的固壁边界条件相统一的边界条件表达式,对边界条件进行处理.该模型数值解与椭圆型缓坡方程有限元模型的数值解较为吻合,表明所得数值结果合理可信.     

基于曲线坐标系下缓坡方程模拟近岸波浪及波生流

为了更好地模拟曲线边界等不规则岸线附近,波浪传播及其破碎后形成的波生流问题,该文建立了正交曲线坐标下近岸波浪和波生流耦合数值模型;即采用可综合考虑近岸区波浪反射、折射和绕射等效应的双曲型缓坡方程计算波浪场,采用近岸深度平均的二维浅水方程计算波生流场,应用辐射应力的概念,使波浪模型为流场模型提供驱动力.波浪和波流模型基于相同的正交曲线网格,应用高效的ADI有限差分格式进行数值求解.将曲线坐标系下的耦合模型应用到半圆形水槽和凹型水槽两个物理模型中,数值模拟的结果分别和解析解、实验值及已发表的数值结果做了比较.模型实验验证表明,该文建立的数值模型比较准确、有效,可以应用到防波堤和河口等具有复杂边界和复杂地形的实际海域.     

射频波加入下的Fokker-Planck方程

从一般形式下的Fokker—Planck方程出发,考虑在电子回旋波和低混杂波驱动等离子体电流和加热情况下高速运动粒子的相对论效应,推导了在动量空间下的碰撞通量、电场感应通量、波感应通量等表达式,得到在电子回旋波和低混杂波加入下可直接用于计算机进行求解的Fokker—Planck方程的具体形式,为进一步数值求解Fokker—Planck方程,研究电子回旋波和低混杂波电流驱动和加热提供了条件。     

二维粘弹介质五点八阶超紧致有限差分声波方程数值模拟

本文首次将五点八阶超紧致有限差分格式(CCD8)用于粘弹介质声波方程的数值模拟中。此文根据泰勒级数展开粘滞声波方程,建立了位移场时间二阶离散格式,将CCD8用于对位移场空间导数的求取。然后,对CCD8格式进行稳定性研究,频散的压制效果对比分析,及截断误差对比。将CCD8格式运用于均匀介质模型以及水平层状介质模型中进行数值模拟,最后运用于对Marmousi模型的数值模拟中。研究结果表明：(1)CCD8与普通八阶紧致差分相比,具有更小的截断误差、更高的模拟精度以及低数值频散的优势;(2)CCD8具有较高稳定性;(3)采用完全匹配层(PML)对人工边界进行处理后对均匀介质、含有层状介质以及Marmousi模型进行粘弹声波方程的数值模拟,发现模拟效果不错,从而验证了方法的实用性和有效。     

非线性波浪的数值模拟

为快速有效地模拟三维波浪问题,采用高阶谱方法建立了完全非线性波浪的数值计算模型.高阶谱方法是将速度势函数展开成Fourier级数的形式,通过快速Fourier变换求其空间导数,具有很高的计算效率和精度.把数值结果与五阶Stokes波理论解和聚焦波实验结果相比较,并计算了初始面升高引起箱体内液体运动问题,验证了所建立的数值计算模型的有效性.     

海岸河口水域波浪传播数值模拟

提出了水深与流场缓变水域波浪传播数学模型－水流中依赖时间变量并考虑能耗的波浪“缓坡方程”及其等价的控制方程组,分析比较了无水流情况此理论模型与其相应的两种抛物型近似的差别,提供了长江口波浪变形数值模拟计算工程实例,实例表明,该模型能适应河口在角洲大范围水域波浪传播数值计算。     

基于波动方程的Ansys模型黏弹性边界条件研究

 研究了应用Ansys 有限元软件进行地震波场数值模拟的边界条件问题,提出一种基于波动方程的Ansys 模型黏弹性边界条件构建方法。由波动方程推导并建立了黏弹性边界条件的理论基础,在Ansys 模型中选用带阻尼的Combin14 单元作为加载有限元,采用APDL 代码成功地将黏弹性边界条件施加于Ansys 模型中。对模型进行实例计算,在模型边界设置虚拟检波器,加载Ricker 子波震源,提取计算后的波场快照和时间记录进行对比,结果显示,所施加的黏弹性边界条件可以很好地吸收边界反射波,表明了该方法所构建的Ansys 模型黏弹性边界条件的有效性。     

波动方程变形及其数值计算

从波动方程出发,讨论了介质中存在的两种体波。用傅氏变换法求解波动方程,对方向力震源进行了数值计算,并分析了该震源所产生波场的特点。     

波数域等价波动方程三维弹性波波场分离

将基于传统弹性波波动方程正演模拟或者反向外推得到的波场作为纵横波耦合的混合波场,利用亥姆霍兹分解方法对混合波场进行分离,可得到纯纵波波场和纯横波波场,但是用这种方法分离后的波场和原波场相比产生了振幅畸变。为了消除这一现象,笔者从亥姆霍兹分解方程入手,利用纵波波场旋度为零、横波波场散度为零的特性,在波数域将传统波动方程分解为无旋部分和无散部分,得到波动方程的一种等价表示。数值实例表明,该方法既能获得混合波场、纯纵波波场和纯横波波场,又能使分离前后的波场振幅无畸变。     

一类DGH方程的新保结构算法研究

DGH方程作为一类重要的非线性水波方程有着广泛的应用前景.基于哈密顿系统的多辛理论研究了一类DGH方程的数值解法,利用平均向量场方法对此哈密顿系统进行了数值离散,构造了DGH方程的局部能量保结构算法和局部动量保结构算法.数值算例表明,这两种保结构算法具有较好的长时间数值稳定性.     

生化反应系统的建模与分析

很多细胞行为受细胞内基因表达和蛋白质相互作用等生物化学反应的调控.这些细胞内的生化反应表现出明显的随机性,它成为描述细胞行为的可计算建模中不可忽略的因素.该文是关于计算系统生物学中随机模拟的基本理论和新进展的自洽综述.本综述从生化反应系统的基本假设出发,介绍关于生化反应内部噪声、外部随机扰动和包含时间滞后的反应过程的各种数学描述,包括化学主方程、化学福克尔-普朗克方程、化学速率方程、化学郎之万方程等; 还介绍了相关的数值模拟方法,包括随机模拟算法和τ跳跃算法.     

波流作用下大尺度圆柱周围局部冲刷深度简化数值模型

利用数模研究了波流共同作用下大尺度孤立圆柱周围的局部冲刷问题．该数模包括波浪场模型、流场模型、剪应力模型和冲淤形态模型．在数值计算中,通过分别求解缓坡方程和浅水环流方程得到波浪场和流场的分布情况,据此计算出水质点的底流速,得到底床剪切应力场的分布情况．可通过底面剪应力与泥沙起动应力的比较来调节底床的地形．计算了不同条件下孤立圆柱附近的局部冲刷情况,据此研究了波高、流速对局部冲刷的影响,发现最大冲刷深度随流速、波高的增大而增长．数模采用有限元方法,结果比较合理．     

不同边界条件下的二维声波方程数值模拟研究

地震波场数值模拟是研究波动现象的重要手段之一,它对于油气田的勘探和开发具有重要意义。数值模拟过程中,需要通过添加边界条件来尽可能消除由于截断所产生的边界反射。本文选取雷克子波作为震源项,分别建立均匀及层状地质模型,拟定合适的波场模拟参数,实现了不同边界条件下的二维声波方程数值模拟。利用数值模拟得到的波场快照和地震记录直观地对比分析不同边界条件对边界反射的消除效果,本文认为透明边界条件(以下简称TBC吸收边界条件)和Clayton-Engquist边界条件(以下简称CE吸收边界条件)都能够较好地消除边界反射。最后,本文提出了一种组合边界条件的方法。     

近岸波浪作用下污染物运动数值研究

近岸波浪是影响污染物输移扩散的重要水动力因素之一.波浪对污染物输移扩散的影响主要有波浪扰动造成的水体紊动系数的增大和波浪破碎后形成的波生流对污染物输移作用.结合基于波作用守恒方程和光程函数方程的近岸波浪模型、三维水动力模型,以及污染物输移扩散模型,对波浪传播过程中污染物离散系数变化以及波浪破碎后形成的波生流中的污染物输移进行了数值模拟.模型基于非结构化网格,可用于大范围波流以及污染物的耦合计算.数值结果与解析值以及实验结果进行了对比,验证了模型的精度和适应性.     

缓坡方程计算分辨率选取的数值研究

自适应曲线网格技术是近年来国际上近岸海洋计算中采用较多的先进技术,而如何减少计算量一直是缓坡方程的一个研究热点,如将自适应曲线网格技术引入缓坡方程,则既提高局部海域分辨率又减少计算量,为了在缓坡方程计算模型中很好地引入自适应曲线网格技术作理论准备,绎缓坡方程计算分辨率的迭取问题作较深入的探讨,首先建立一个Ebersol型缓坡方程数值模型,然后设计了一组网格分辨率对计算结果影响的数值实验,讨论分辨率的取值范围,并且对缓坡方程大网格计算的可行性作了初步的理论分析,最后得出结论,若仅考虑地形的影响Ebersol型缓坡方程计算分辨率的选取主要决定于地形,即网络大小可突破波浪波长限制。     

关于电磁波场问题的研究

讨论了电磁场矢量E和B的Helmholtz定理的合理形式,提出了将旋量场方程化为一个标量场方程求解的问题,然后给出了求解电磁波场并矢格林函数的新方法。     

计算溃坝波问题的离散速度模型

采用离散速度模型计算二维溃坝波问题. 按照浅水波方 程与气体动力学方程的比拟关系, 给出用于计算浅水波方程的离散速度方法. 计算了两个二维溃坝波问题： 圆形溃坝波问题和部分水坝倒塌后的水流问题. 计算结果显示, 此模型计算程序比较简单、 有效, 且稳定.     

畸形波数值模拟的一个有效模型

基于控制深水复波包演化的修正的四阶非线性薛定谔方程和离散时间步长的伪谱方法,建立了畸形波生成的数值模型,模拟了边带扰动初始条件下满足边带不稳定性条件时波列的演化,统计了演化过程中生成的畸形波,并对该过程中谱成分能量的变化进行了分析.结果表明,采用该模型可以有效地模拟畸形波的生成,边带不稳定性是畸形波生成的一个可能原因,而且多对不稳定边带的相互作用增加了畸形波生成的概率.     

含左手介质的三层介质平板波导的转移矩阵和本征方程的分析

文章对导波层是左手介质,而覆盖层和衬底层是常规介质的三层介质平板波导进行了研究,从TM波的波动方程出发,根据电磁场的边界条件,推导出导波层TM波的转移矩阵和模式本征方程。并通过数值计算得出了这种平板波导有效折射率与厚度的关系图,从而得出它与常规介质波导的不同点。