新型高阶Boussinesq水波方程

从经典的Boussinesq方程出发，引入两个参数并对方程中的部分项进行替换，通过严格的数学推导给出量级为O(εμ2)的高阶非线性项，得到一种新型的高阶Boussinesq方程。该方程的色散关系比经典Boussinesq方程提高了一阶，变浅作用性能也得到了改善，方程的适用范围由浅水达到中等水深。利用Crank-Nicloson格式的有限差分法对方程进行数值模型在一维方向上进行离散计算，建立了高阶Boussinesq方程的数值模型。为验证数值模型的正确性，将数值计算结果与Zou等(2001)的物模试验结果以及Beji与Nadaoka方程的数值结果进行对比，本文的数值结果与试验结果吻合程度较好，表明本文方程可适于模拟变水深下的波浪场数值模拟。     

适合可渗海床上波浪传播的高阶Boussinesq方程

为在数学模型中考虑渗透性介质对波浪传播的影响,在多孔介质流体运动方程中引入拖曳阻力和惯性力,引出Laplace方程和边界条件.对控制方程无因次化,并以自由表面处速度势和交界面上的速度势进行幂级展开,推导了以静止水平面上速度、交界面上速度和波面升高3个变量表达的Boussinesq方程.给出积分平均速度或任一水深处速度与以上2个速度之间的关系式,进而推导出另外2个Boussinesq方程,并通过引入高阶色散项对方程进行加强以拓展其适用水深.对方程进行了理论分析,将相速度及衰减率与解析解进行了比较,发现四阶色散性方程具有最佳精度.不考虑渗透影响时,在2%误差下,四阶方程可适用最大无因次水深达到5.82.该高阶Boussinesq方程不仅可用于研究渗透海床上波浪的传播变形,也适用非渗透海床上的深水波浪传播变形.     

脉冲波作用下竖直弹性板的水弹性响应

基于线性势流理论,将流场分为3个部分:入射势与反射势部分、辐射势的记忆部分、辐射势的瞬时部分,竖直弹性板的时域振动基于模态叠加法,利用傅里叶与拉普拉斯变换求解流场控制方程,与板的振动方程耦合,推导得出波浪作用下竖直弹性板的时域耦合方程,并利用二级四阶隐式Runge-Kutta法求解方程。首先给定竖直板一个初始弯曲,得到的结果与解析解和数值解结果吻合良好,验证了方法的正确性。其次对脉冲波作用下弹性竖直板的响应进行研究,分析了板的刚度系数、质量系数、脉冲幅值和边界条件对其水弹性响应的影响。研究结果表明,刚度系数对板的振动频率影响很大,脉冲幅值与板的振动幅度正相关,两边固定时对竖直弹性板的疲劳损伤最严重。     

非线性遗传优化海域水质耦合模型多参数反演方法研究

通过遗传算法和海域水质模型的有机耦合,提出了基于非线性遗传优化海域水质耦合模型多参数反演的新方法.将海域水质模型嵌入遗传算法模型中,以海域内部验证点位的误差函数为适应度,进行模型多参数的优化反演.文中以渤海湾海域水质模型多参数反演的“孪生”试验来验证方法的有效性.数值结果表明:该反演新方法具有较高的精度.     

海域潮汐模型开边界反演优化方法研究

应用数据驱动模型建立海域潮汐模型开边界条件反演的新方法:分析选择主要分潮作为控制变量并设计计算工况,将海域潮汐模型计算工况结果和控制变量带入数据驱动模型,建立内部观测点潮汐(或潮流)同开边界潮汐之间的关系,利用海域内部的潮汐和潮流观测资料反演开边界条件.以辽东湾海域潮汐模型非耦合与耦合开边界反演验证该方法,通过对反演开边界结果的校验表明耦合开边界反演是有效的,而非耦合开边界反演不具备工程实用性.     

波浪环境中圆形垂向射流的试验研究

使用粒子图像测速技术PIV(particle image velocimetry)对有限水深规则波浪环境下圆形垂直射流进行了试验研究。应用相位分析法从测量结果中分离出时间平均的速度值。试验中用5种不同周期的波浪研究波周期对射流的影响,分析了射流核长度与射流比、射流出口速度与波浪速度之比和波陡的关系,以及一定区域内射流喷口轴线上垂向平均速度的衰减规律和射流宽度的发展规律。结果表明波周期对射流的流场特性有显著影响。     

梳式沉箱防波堤的水力学特性

本文通过实验研究，对于梳式沉箱这种新型防波堤结构的水力学特性进行了系统研究，论证了它能够减小波浪反射与减小结构受力的水平学机制；通过系列实验。本文给出了梳式结构受力与常用实体沉箱受力之比（波浪力折减系数）与各主要影响参数间相关的计算公式，可用以进行梳式结构的尺度选择与优化和进行梳式结构的设计的初步计算，该结构已在大连港大窑湾港区岛堤工程中得到实际应用，实验证明梳式方案的水平波浪力仅为常用沉箱受力值的62％－73％，可节省投资24．5％。／     

新型高阶Boussinesq水波方程的改进

新型Boussn iesq方程由于只引进两个参数对改善方程的色散关系、变浅作用性能的精度方面受到了一定限制.为进一步改善方程的色散关系以及变浅作用性能,通过引入变换速度代替该方程中的水深平均速度进行改进,新方程的色散关系与线性Stokes波色散关系式的Pade四阶展开式相同,同时方程的变浅作用系数在更大水深范围内与解析解接近.     

海洋环流模式中的二阶湍流封闭格式综述

针对目前海洋环流模式预测能力存在的不足,从雷诺应力方程着手,归纳和阐述了二阶湍流闭合模式中压力项、扩散项和耗散项的改进与发展,分析和讨论了各种改进格式对模型完善和预测能力的影响,同时分析了波浪混合作用对环流封闭格式的影响,并对海洋环流模式中二阶湍流封闭格式发展进行了简要综述。压力项的改进主要集中于压力项中各影响量的添加,使得可以模拟的湍流的理查森数Ri趋近1;扩散项的改进主要通过改善湍流能量扩散的第三稳定函数Sk来完成;对于耗散率的改进更多是基于经验,用与理查德森数相联系的阶梯型函数可以有效模拟强分层流;环流模式中通过模拟波浪对垂向扩散系数的影响和在紊动动能方程中考虑波浪破碎耗散的能量的注入,都可以从物理机制上改善目前模式所模拟的混合层太浅和温跃层强度偏低的共性问题。