一种改进的快速水波模拟算法

高效快速地生成水波的模拟,一直是计算机图形学的一个课题.本文在对水波原理进行分析的基础上,并进一步改进的水波振幅计算公式和波源的绘制,从而使水波的模拟更精确,更具有实时性.实验表明,该系统能够以较快的速度,高度真实感地生成水波运动的图像.     

基于动力拟序涡模型的水波三维大涡模拟

利用大涡模拟理论数值模拟了规则波和不规则波的传播过程,采用动力拟序涡黏性亚格子应力模型进行波高及速度场的模拟.计算结果表明,模型对水波的波高及由波产生的流体速度分布模拟结果与解析值符合良好,且精度较高.对比分析了人工海绵层及Sommerfeld辐射型耦合边界条件与仅采用Sommerfeld辐射型边界条件对水波数值模拟精度的影响.结果表明动力拟序涡粘性模型可以准确地模拟水波传播特性.     

水波与淤泥质底床相互作用数值模拟——基于滞后回路特征的淤泥体流变模型

应用一个滞后回路特征的半经验的淤泥体流变模型描述表面水波作用下底床软泥层的振荡运动，建立了表面水波与淤泥质底床相互作用的垂向二维耦合模型。在数值处理上，为提高数值格式对水－泥界面附近流动的分辨力，较好地再现界面附近速度梯度大的流动特点，采用垂向对数网格处理技巧。模型验证是通过计算水波波高衰减率和底床软泥体输移速度，并与有关的实验测量数据进行比较。     

水滑坡体产生的涌浪特性

入水滑坡体所产生涌浪的波峰高度及传播时间是此类灾害预警和风险评估最为关注的特性参数。本文通过对滑坡体和水波相互作用的耦合数学模型进行数值求解,研究了以上2个特性参数与滑坡体形状及运动过程的关系。数学模型中假设滑坡体兴波区域内水波横向能量扩散可忽略,在立面二维的简化下应用非线性浅水方程描述水波过程;假设滑坡体底部流体法向流速为零,应用简化的Novier-Stokes方程描述底部流动;在滑坡体的运动方程中考虑了惯性力、水波波动压力、底部流体对滑坡体的阻力和浮托力以及滑坡体和滑动面间的摩擦力等。数值结果表明:滑坡体水平速度越大,涌浪传播越快;当滑坡体水平速度接近波速时,滑坡体具体形状对波峰高度有显著影响;当滑坡体水平速度大于波速时,波峰高度随滑坡体速度的增大而减小。因此,以往数学模型中对滑坡体具体形状的忽视,或者设定过大的滑坡体速度,都有可能导致波峰高度的低估,不利于防灾减灾。     

二阶非线性水波的有限元时域计算

用有限元法配合时步处理在时域范围内计算了二阶非线性水波,每一瞬时自由表面上的速度势和波高用Adams外推法和内插法获得,而流场内速度势通过求解有限元方程得到,计算采用四边形等参单元．给出了两个算例．     

二阶非线性水波的有限元时域计算

用有限元法配合时步处理在时域范围内计算了二阶非线性水波，每一瞬时自由表面上的速度势和波高用Ａｄａｍｓ外推法和内插法获得，而流场内速度势通过求解有限元方程得到，计算采用四边形等参单元给出了两个算例。     

水波涟漪的虚拟现实技术仿真

自然水波涟漪实时、逼真的仿真一直是计算机图形学中的难点,该文系统的提出了基于流体力学的水波涟漪的虚拟现实技术的仿真方法。首先建立无力影响下波源加入的水波模型,通过分析水波的扩散、衰减、衍射规律研究阻尼存在的现实状态下水波的波形变化和传输范围,对水波涟漪进行逼真的模拟;然后建立在外力干扰条件下,水波的模型,包含水波受阻干扰后波形幅度的变化及传播区域的大小,结合拉格朗日法与欧拉法,运用OpenGL平台,对多个波源叠加干涉后的融合运动进行仿真;最后利用基于特殊几何实例的算法进行渲染,动态生成视点替用特效技术和混色处理技术,实现真实感渲染绘制的三维图形实时绘制,从而实现水波涟漪的虚拟现实技术仿真。     

三维Boussinesq型水波方程的改进

良好的色散性和变浅性是Boussinesq水波数值模型能够精确模拟水波问题的重要前提,针对一组最高空间导数为2的三维Boussinesq型水波方程在色散性和变浅性的不足,重新引入带有不同色散参数和变浅参数的计算速度表达式,得到了新的三维Boussinesq型方程。对该方程进行理论分析,以相关解析解为参考,分析了新参数下方程的相速度、和差频和变浅梯度等性能。理论分析结果表明：方程的综合性能有了较大改善,验证了改进的理论有效性。为验证改进方程的数值有效性,建立了基于混合4阶Adams-Bashforth-Moulton格式的时间差分数值模型。数值模拟了波浪在潜堤上的传播变形过程,将计算波面位移与文献的试验数据进行了比较,结果表明,与改进前相比,改进后计算结果与试验结果的吻合程度更高。     

基于TGEA的透水事故场景模拟

介绍了基于TGEA的透水事故场景模拟,讨论了3D引擎的发展状况,通过模拟水波的方向、速度以及水面的渲染,实现了TGEA中透水事故场景的真实再现,对救援人员的模拟训练有着积极意义。     

正弦水面平面波高斯波束散射回波谱峰特征分析

展示平面波/高斯波束照射时正弦水面电磁散射回波的多普勒谱峰分布特征.基于Bragg共振散射理论可知,水面电磁散射回波多普勒谱峰所对应的频率由水波相速度决定,然而,最近相关水槽实验发现:正弦水面散射回波的多普勒谱不仅包含与水波相速度相对应的Bragg共振峰,而且还存在等频率间距的谐波峰.为了能更好地解释这一现象的物理或数学本质,文中基于粗糙面电磁散射一阶小斜率近似理论(SSA-I)分别推导给出了平面波/高斯波束照射时正弦水面后向电磁散射回波的频谱模型.理论模型结果显示,谐波峰是由于频谱分析过程中频率泄漏效应导致的,而不是水面回波真实的物理现象.     

Experiments on ring wave packet generated by water drop

The propagation of ring wave packet （composed of carrier waves modulated by an envelope） generated by a water drop was studied experimentally. It is a localized wave packet propagating with constant velocity and low diffusion. The wavelength, the amplitude and the waveform of the carrier waves, the velocity of the carrier waves and the packet have been measured. The measured wavelength λa of the carrier waves and the measured group velocity Cge of the packet are near the minimum point of the dispersion curve of group velocity, which may be the main reason why the packet can propagate with low diffusion.     

气-水环状流携带液滴粒径几何特性的测量

用激光衍射技术测量了水平管内空气－水环状流携带液滴的粒径几何分布特性,得到了Ｓａｕｔｅｒ平均直径、体积平均直径、体积分数、折算表面积等描述粒径几何特性的参数;用双参数模型描述了液滴粒径的分布,研究了折算气速、液相折算雷诺数对液滴粒径分布的影响;并利用双平行电导探针测量了气液界面波,根据界面结构分析了环状流中液滴携带的方式．     

探地雷达检测混凝土含水率试验研究

混凝土含水率对混凝土材料和结构性能有很大影响,但其无损检测技术不能满足实际需要.雷达电磁波的传播速度主要由材料介电常数决定,而影响混凝土材料介电常数主要是其含水率.本文对探地雷达检测混凝土含水率技术进行研究,采用干燥法得到混凝土试块含水率,利用探地雷达测得雷达波在混凝土板中的波速,得到了探地雷达波速和混凝土含水率的关系,发现探地雷达波速和混凝土含水率具有良好的线性关系.     

斜坡上孤立波碎波指针之数值研究

为探讨孤立波波浪受海岸渐变之斜坡地形影响所产生之碎波效应，本文以边界元素法利用Lagrange描述水粒子运动之方法，配合对时间项前进差分之方式来探讨孤立波于斜坡上之碎波型态、碎波指针、碎波波高、碎波水深及碎波速度等。研究结果显示这些物理量可以经由几个基本参数包括海底斜坡之坡度、入射波之波高与波形之尖锐度等来加以表示，并提出一些关于孤立波碎波指针之数值近似经验公式，经与其它学者所发表之结果大致上均有相当吻合的趋势。     

基于ENO格式的一维溃坝水流数值模拟

将ENO格式和Runge-Kutta时间离散的思想应用于一维Saint-Venant方程组的求解,数值模拟溃坝洪水,得出了水位和流速的沿程分布.经与理论解比较可知,数值解在间断渡附近没有出现数值振荡,水位和流速大小与理论解均吻合较好,表明采用ENO格式所建立的高分辨率模型能够很好地模拟溃坝波的演进过程.     

Depth-dependent expression of obliquely incident wave induced radiation stress

The vertically dependent expressions of obliquely incident waves induced radiation stress are derived by use of the second order Stokes wave theory within three regions of the water column,that is,above the mean water level,below the wave trough level,and between these two levels.Computations indicate that the wave-induced radiation stress below the wave trough level is from the water wave particle velocity only,whereas both the water wave particle velocity and the wave pressure contribute to the tensor above the wave trough level;the vertical variations of the wave-induced radiation stress are influenced substantially by the velocity component in the direction of wave propagation;the distributions of the wave-induced radiation stress tensor over depth are non-uniform and the proportion of the tensor below the wave trough level becomes considerable in the shallow water;from water surface to seabed,the reversed variations occur for the predominant tensor components.     

Depth-dependent expression of obliquely incident wave induced radiation stress

The vertically dependent expressions of obliquely incident waves induced radiation stress are derived by use of the second order Stokes wave theory within three regions of the water column, that is, above the mean water level, below the wave trough level, and between these two levels. Computations indicate that the wave-induced radiation stress below the wave trough level is from the water wave particle velocity only, whereas both the water wave particle velocity and the wave pressure contribute to the tensor above the wave trough level; the vertical variations of the wave-induced radiation stress are influenced substantially by the velocity component in the direction of wave propagation; the distributions of the wave-induced radiation stress tensor over depth are non-uniform and the proportion of the tensor below the wave trough level becomes considerable in the shallow water; from water surface to seabed, the reversed variations occur for the predominant tensor components.     

波浪影响下近底高浓度泥沙水运动的动力学模拟

波浪影响下的近岸海底泥沙水运动,特别是近底高含沙率泥水层,对泥沙的再悬浮和沉淀起着至关重要的作用．假定底部高浓度泥沙水为牛顿流体,利用N-S流体运动理论,采用VOF法追踪水-气界面和水-泥沙水的相界面运动,模拟了波浪作用下泥水层内的动力学响应．结果表明：泥水层的响应与主体海水波动不同,为研究底部泥沙再悬浮和底部条纹形成打下了基础;VOF法能较好地追踪水-气和水-泥沙水相界面运动的多相界面问题;同时界面间存在互相作用,即水-气界面波动对水。泥沙水界面有较大影响,而水-泥沙水界面对水-气界面影响很小     

加速度不对称波浪作用下的底部边界层动力特性

为了研究加速度不对称波浪对底部边界层的影响,建立加速度不对称波浪作用下的底部边界层数学模型,复演物理模型试验中的流速剖面、紊动强度和床面剪切应力,在此基础上探讨加速度不对称波浪边界层的动力特性。结果表明,波峰半周期内正向加速阶段的加速度比较大,引起较快的边界层发育、较大的流速梯度和较大的紊动能量,产生了正向的周期平均床面剪切应力;这些现象随加速度不对称系数的增大而更加明显;在振荡水槽中,加速度不对称波浪边界层内存在底部反向和顶部正向的时均流动,加速度不对称系数的增大会增强底部反向流速;在开敞水域中,时均流速在整个边界层内都是正向的,底部出现"流速外突"的现象,顶部流速趋于均匀分布,加速度不对称系数的增大会减弱底部正向流速。     

Linear surface capillary-gravity short-crested waves on a current

One of the forward situations in the study of water waves is the basic three-dimensional surface wave motion of short-crested waves. Capillary waves result in rich effects concerned closely with remote sensing in the open ocean. Ocean currents experience a complete process in surface wave motion. Based on the above ideas, a linear dynamical system of surface capillary-gravity short-crested waves is developed by considering the current effects, thus leading to the following analytical expressions of the kinematic and dynamic variables： the wave height, the wave steepness, the phase velocity, the wave-particle velocities, accelerations and trajectories and the wave pressure. A number of the classical, typical and latest special wave cases can arise from these expressions.