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波浪破碎过程的能量损失

波浪破碎是个古老而全新的课题,本论文仅专注于破碎过程中的能量损失研究。在规则波方面,本论文在详细分析了已有的关于规则波破碎能量损失的研究成果基础上,将已有的研究方法归为三类:涌模型、表面水滚模型和紊流模型。经分析认为:紊流模型和表面水滚模型适用于崩破情况,而涌模型对崩破及卷破都有很好的适用性。本论文通过底坡度为1/45、1/30和1/15三种坡形的物理模型试验结合涌模型理论,找到破碎系数和破碎类型参数之间的经验关系。和其他学者的研究成果对比表明,本经验公式具有较好的适用性。在不规则波方面,将已有的研究不规则波破碎模型分为两类:参数法和概率法。本论文详细归纳了已有的不规则波破碎带内波高分布、破碎概率及波浪谱在破碎带内的变形的研究成果,通过物理模型试验分析,给出参数法中所需要的破碎带波高分布和破碎概率。不规则波试验分析表明:波浪破碎前,波高分布可用格鲁霍夫斯基分布很好地表示;在破碎带及破后形成的稳定波列的波高都可由瑞利分布很好地代表  (本文共72页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连理工大学
大连理工大学

弱三维波浪破碎的实验研究

波浪破碎是海洋表面上一种常见的物理现象,同时也是海洋工程和非线性水波动力学领域中极其重要的研究方向。而波浪传播的多向性能够显著地影响波浪破碎的运动学和动力学特征,因此深入研究三维波浪破碎问题是非常重要的,并且也更具有实际应用价值。然而,由于三维波浪破碎的研究方法以及实验数据的采集手段并不成熟,导致目前有关三维波浪破碎的实验研究还很匮乏。为提高对三维波浪破碎现象的认识,本文提出研究双向传播波列相互作用导致破碎的研究方案,通过在水池中设置一个有两个水道相交形成的装置,从而可以使两列传播方向相对称的波浪经过各自水道传播,并且在一个特定区域相遇并相互作用而产生破碎这一物理过程,通过改变两个水道的夹角可以进行不同角度对波浪破碎影响的实验。由于这是最简单的三维波浪相互作用实验,因此本文称之为弱三维波浪相互作用。本文首先介绍了弱三维波浪的产生方法,同时在三维波浪港池中成功模拟了传播方向不同的两列波浪,通过物理实验对弱三维波浪破碎的特性进行了详...  (本文共124页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连理工大学
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波浪破碎过程周期演化特征的试验研究

海浪要素(如波高、周期)是工程设计普遍关注的重要环境条件,特别是有效波高和有效周期是至关重要的设计波要素。目前,在海洋工程环境条件推算中盛行利用海浪数值模式计算海浪要素,如国际上流行的数值模型SWAN、WAVEWATCH可直接给出有效波高及与谱相关的特征周期,但由此得到的周期值和实测值之间往往存在很大的偏差。这种差异主要源于对影响波浪发展的各种物理过程参数化的不准确性,波浪破碎就是其中之一,破碎能量损耗是海浪模型能量耗散项中重要的物理机制。由于波浪破碎是极其复杂的物理过程,目前对此过程中能量耗散机制了解仍较少,还有待深入研究,对破碎过程周期的变化情况也缺少系统的研究。针对上述问题,本文根据室内试验,探讨了深水极限波浪破碎及浅水波浪变形破碎过程特征周期的演化规律。第二章中,首先给出了极限波浪的生成方法-波能聚焦法,在实验室二维水槽中生成不同参数的深水聚焦波和破碎波,研究了聚焦波和破碎波波面的演化特性,重点分析了各种特征周期的演化规...  (本文共85页) 本文目录 | 阅读全文>>

中国科学院研究生院(海洋研究所)
中国科学院研究生院(海洋研究所)

非线性数值波浪水槽及其应用

本文分别使用基于边界元方法和高阶Boussinesq-type方程的非线性数值波浪水槽,研究了波浪破碎判据,波浪破碎能量损失以及一些特殊的波浪生成机制。基于边界元方法的数值波浪水槽使用线性元,记为DAS,其第一个改进模型修正了DAS中的积分解析公式,简称MDAS,其第二个改进模型在自由表面使用三阶元取代线性元,简称MDAS2。鉴于Song和Banner(2002,2004)使用DAS模型提出了一个基于无量纲局部能量密度极大值平均增长率参数的破碎阈值δth,本文首先验证了δth对于MDAS和MDAS2的适用性;其次,本文考虑了海底坡度对δth的影响,结果表明δth对于中等水深下坡度小于1:100的缓坡仍然适用;再次,本文讨论了破碎阈值δth对于汇聚波的适用性,这些汇聚波具有常振幅谱,常波陡谱和PM谱,结果表明δth对这三种谱形的汇聚波都是适用的。本文计算了常振幅谱情形时破碎能量损失对于最大能量增长率δmax的依赖性,结果表明,破碎...  (本文共150页) 本文目录 | 阅读全文>>

天津大学
天津大学

波浪在斜坡上的传播破碎及沿岸流研究

论文对于波浪在斜坡上的传播、变形破碎过程和沿岸流进行了研究并对波浪在表面铺置不同粒径泥沙的斜坡上的变形破碎以及相应波高变化进行了实验观测,主要内容有如下几方面:1.基于波浪能量方程,建立了描述波浪在斜坡上传播、变形与破碎过程的数值模型,利用实验数据验证所建立模型的可靠性和有效性;2.在所建立数值模型的基础上,对波浪变形过程中的由破碎和由床面底部摩阻所引起的波高衰减和波浪破碎位置进行了分析研究并与试验结果进行比较;3.采用先进的造波设备和数据采集处理系统进行水槽实验,观测并研究波浪在表面铺置不同粒径泥沙的斜坡上的传播和破碎过程,分析了波浪破碎类型及判断指标,对泥沙在破碎带的运动和悬浮进行了观测;4.建立PLIC-VOF方法的二维自由液面数值模型并用实例检验了模型的准确性和对复杂自由面运动模拟的有效性;5.在建立二维自由液面数值模型的基础上,进一步研究其边界条件,建立了二维的波浪数值水槽并利用理论和斜坡水槽实验数据验证其准确性;6....  (本文共123页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

灾害波浪近岸演变的CFD模拟研究

波浪是海洋中最主要的水动力要素之一,是影响人类在海洋(岸)上生活和作业的主要因素之一。在多数情况下,波浪给海洋(岸)上的人类活动和基础设施带来的是负面影响。但是,人类对灾害波浪的产生原因、演变规律以及内部流场特性等缺乏深入理解。因此,对灾害波的深入研究,是合理开发利用海洋资源的前提,是海洋灾害预报预防工作的理论基石。本文以灾害波浪为切入点,依据灾害波浪的作用范围,将灾害波浪分为两类:1、大尺度灾害波,以海啸为代表;2、小尺度灾害波,以畸形波为代表。分别对两种代表性波型展开研究。通过建立数值模型、开展物理实验,研究海啸波在海岸复杂地形上传播、畸形波在潜堤上传播等过程的灾害波演变规律和内部水动力特性,尤其关注波浪破碎过程以及内部流场的变化。本文研究方法以数值模拟为主,并结合物理实验。物理实验在浙江大学舟山校区近海馆大型断面水槽内进行。数值模型在直角笛卡尔坐标系统下建立,采用紧致插值曲线CIP(Constrained Interpol...  (本文共121页) 本文目录 | 阅读全文>>