破碎波概率分析及实测结果

总结破碎波近年来的研究状况，从理论上对计算破碎波发生率进行分析。并利用先进的实验设备和良好的现场条件，从实验研究出发，在研究波浪破碎过程及其与环境参量的关系中，对破碎波发生率进行实际测量。利用不同的破碎波判据对破碎波发生率进行了计算、比较和分析。结果指出：利用不同的破碎波判据计算的破碎波发生率相差很大，甚至相差３￣４倍。     

浅水船舶兴波阻力特性的理论分析

运用经典的线性兴波理论对浅水船舶兴波阻力特性进行了研究。针对浅水柯钦函数与深水柯钦函数之间存在的不相容性，通过引入深度影响因子来描述水深对浅水波阻的影响，重新定义了浅水柯钦函数，得到浅水线性波阻的一个新的表达式。借助量级分析和近似处理，导出了简化浅水柯钦函数和相应的浅水线性波阻公式。在上述工作的基础上，对浅水波阻特性进行了分析和讨论，合理地解释了若干实际现象。     

三峡升船机承船厢浅水船波自然频率的研究

采用有限元方法计算三峡升船机承船水厢浅水船波自然频率。从浅水波方程和船体刚性运动方程出发建立两者耦合的有限元矩阵方程，用子空间迭代法求解该矩阵方程的特征值，从而求出浅水船波自然频率。     

水流中波要素的预报(2)

本文主要研究波浪与水流相遇后波要素的变化。波,流同向作用时的变化,作者已有论述。而波、流逆向作用时,尤其是在浅水地区,极易引起波浪的破碎,使波要素变化机理更为复杂。本文在描述逆向水流中波要素的变化时,从工程实用角度出发,给出定量指标。对于波浪在逆向水流中极易出现的破碎现象和破碎指标,结合试验资料,文中也作了探讨。而波浪遇斜向水流后的波要素变化,则主要通过理论计算,給出计算公式。     

浅水风波波高,波周期分布

通过浅水风波试验，探讨了浅水波高、波周期的分布形式，重点分析了水深因素对波高、波周期分布的影响，给出了浅水波高、波周期分布的表达式，并确定了浅水特征波高间的关系。     

船舶操纵运动仿真及其理论研究

建立了船舶操纵运动仿真数学模型，给出了一种新的风力和风力矩数学模型并预报了船舶在风作用下的操纵运动，提出了估算浅水中船体水动力的方法，预报了船舶在浅水中的操纵性能，研究了边界元理论在船体水动力计算中的应用，并利用理论计算结果，预测了船舶的回转运动及Ｚ形操纵。     

浅水长波近似方程组的多孤波解、有理分式解

使用王明亮引进的齐次平衡法，求出了浅水长波近似方程组的Backlund变换以及它与热传导方程和二阶线性方程之间的Darboux变换，并借助于这些变换，获得了浅水长波近似方程组的多孤波解、有理分式解。推广了王明亮等人的结果。     

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。     

基于EMD的破碎波检测与抑制

利用发生破碎的海洋回波多普勒谱的幅度和中心频率显著增强的特点,通过设置阈值门限的方法检测发生波浪破碎的距离元,得到雷达探测海域中破碎波发生的位置.并对被破碎干扰的数据进行经验模式分解处理,消除破碎波造成的影响.实测数据处理结果表明:破碎波检测结果和实际情况一致,对发生破碎的距离元数据处理后减小了多普勒谱中心频率的偏差,提高了反演结果的准确性,进而验证了此算法的有效性.     

(2+1)维广义浅水波方程的Backlund变换和新精确解的构建

(2+1)维浅水波方程广泛应用于描绘大气、河流、大海中的非线性现象.通过扩展的齐次平衡法研究了(2+1)维广义浅水波方程,得出了方程的Backlund变换、色散关系以及新的孤波解.该方法还可应用于处理其他高维浅水波方程.     

用动力学的流矢量分裂法计算溃坝波问题

采用动力学的流矢量分裂法模拟浅水长波方程. 利用气体动力学方程与浅水长波方程 之间的比拟关系, 并结合TVD差分格式给出浅水长波方程的数值计算方法. 计算了溃坝波问 题. 数值结果与精确解的比较表明, 该方法能很好地模拟浅水长波方程中的间断解问题.     

基于非静压方程的波浪破碎模拟

在保证数值精度的基础上,为了提高非静压波浪模型在近岸波浪传播破碎模拟中的计算效率,基于非静压方程模型(SWASH)建立了近岸波浪破碎数值模型.数值模型通过将描述波浪破碎的非静压方程退化为非线性静压浅水方程并引入波浪破碎后能量衰减的紊动模型以减少模拟破碎时的垂向分层数.利用斜坡、潜堤以及沙坝上的波浪破碎水槽实验对模型进行了验证.结果表明,所建立的模型只需要在垂向划分较少的网格层数,即可合理地描述波浪破碎点位置和破碎后波高,进一步提高了非静压波浪模型在实际工程应用中的吸引力和竞争力.     

深水Boussinesq方程数学模型建立与验证

通过引入四参数和非线性浅水方程至Kennedy等人推导的二阶全非线性Boussinesq方程中,改善了原方程的色散和变浅性能,并通过新方程建立适合较深水域的近岸波浪场数学模型,模拟了椭圆形浅滩地形上的波浪传播变形,从数值结果和试验结果的比较上看,该模型可以很好地模拟近岸波浪场的实际问题。     

近岸波浪破碎方向谱模型

在线性海浪方向谱折绕射联合模型基础上,通过引入破碎波高概率分布和单个破碎波的处理方法,提出了在能量控制上与我国港口工程规范基本等效的近岸波浪破碎方向谱模型,使海浪方向谱折绕射联合模型的透用范围拓展到破碎带内。模拟地形上的数值计算实验表明,该模型既能从宏观上较好地控制破碎波在沿程能量变化,又能通过波浪的内在结构反映近岸波浪的变形特征。     

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。     

浅水不规则波的无网格数值模拟

采用基于配点和径向基函数的无网格数值模拟方法,建立数值海洋工程水池,将源点布置在模拟波浪场之外,沿边界布置配点而不是划分网格;对深水不规则波经斜坡过渡后在均匀水深浅水域中传播的过程进行无网格数值模拟和波谱的迭代修正.不规则波的数值模拟结果显示,该方法形式简单、计算速度快、稳定性好.经物理水池的造波实验验证,波浪谱、波浪参数、波浪时历都与实验结果吻合良好,并具有浅水波特征,最终模拟得到的浅水不规则波令人满意.     

一类特征波传播方程的数值解

本文在小振幅波及缓变海底的假设下对两种不同形状的区域给出了浅水海浪传播方程的差方方法，得到了区域的波高和波向的数值解。     

波浪在变深区的向岸传播

基于非线性长波方程,除在开边界对幅射波进行了线化处理外,还对局部波数(波长)、局部相位以及入射波速进行了修正。以圆柱绕射、斜坡底折射和波浪向岸传播为实例进行了计算。结果表明:对于波向变化、破波位置及波幅变化诸方面其计算与经验是一致的。因此本文的工作拓宽了非线性长波方程的适用范围,而且为应用Boussinesq方程研究浅水波变形打下了基础。     

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.