三孤立波的斜坡爬高特征

该文采用推板式造波机和改进的Goring造波方法在波浪水槽中生成了由三个等波高孤立波组成的波列,首先在坡度为1/10的斜坡上进行了多个孤立波连续爬高的实验研究。实验测量了等波高双孤立波和三孤立波在等水深波浪水槽中传播和在斜坡上的爬高过程,给出了沿程多点浪高仪测量的波面时间序列和高速摄像记录的水线在斜坡上爬高与回落过程影像。分析了来波相对波高和无量纲波峰间距对每个孤立波爬高放大系数的影响。在基于RANS方程和VOF方法的数值波浪水槽中,模拟了三孤立波爬高过程,给出了最大爬高与破碎特征。实验和数值模拟结果表明,孤立波在斜坡上回落时会产生强劲的回流水流,该反向流动导致后随孤立波破碎,消耗波动能量,使得后随孤立波的爬高放大系数明显小于没有回落水流影响的首个孤立波的爬高放大系数。当孤立的波峰间较大时,若来波相对波高较小,后两个的孤立波爬高基本相同;若来波相对波高较大时,第三个孤立波的爬高大于第二个孤立波的爬高。     

斜坡平台上波浪破碎变形PIV试验研究

以斜坡平台上的波浪破碎区为研究对象,基于粒子图像测速技术PIV(Particle Image Velocimetry)研究了波浪在斜坡平台上的传播特性。通过分析破碎区流场、斜坡平台沿程波高分布及涡量场变化情况,探讨了波浪形态演变规律。利用谱分析研究了波浪倍频能量演变。结果显示,使用PIV可以良好地获得不同时段的流场完整瞬时信息。波浪在通过斜坡平台时,波形不对称性明显,波能在平台上剧烈衰减,破碎导致涡结构扩散。     

近岛礁波浪传播变形模型试验研究

该文以某典型岛礁地形为研究对象,通过水池模型试验方法对岛礁附近波浪沿程变化、横剖面波高变化和礁坪上波浪变化等近岛礁波浪传播变形特征进行了分析。研究结果表明,波浪从远海传播至岛礁附近,经过礁坪前地形剧烈变化地带时波高增大后迅速减小,并在礁坪边缘与浅水礁坪的衔接段形成破碎带,最后进入浅水礁坪后波高基本由水深控制。     

聚焦波在岸礁断面上传播演化的物理模型实验研究

基于水槽物理模型实验,研究聚焦波在理想化岸礁断面上传播演化的水动力过程。岸礁模型前坡坡度为1:4,后接6 m宽的礁坪。通过相位聚焦原理,在岸礁前坡处生成具有JONSWAP谱型的大波高入射聚焦波。利用浪高仪和ADV流速仪阵列测量沿岸礁断面的波浪自由表面和流速历时曲线变化。基于实验数据,重点分析了波面、流速和波浪能谱在波浪传播过程中的演化特征,探讨了礁冠对相关水动力特征的影响。对于所考虑的入射波浪条件,研究发现:礁前斜坡的存在增强了波浪聚焦过程中的非线性作用,波谱能量转移显著,尤其是高频谐波增长明显;无礁冠时,礁坪上的破碎波浪出现明显的重组过程;礁冠有降低礁坪上短周期波动强度和增强长周期波动强度的作用。     

斜坡非淹没刚性植被影响下孤立波爬高的研究

该文通过物理模型实验和数值模拟研究了孤立波与斜坡上非淹没刚性植被的相互作用。物理模型实验在波浪水槽中进行,运用CCD高速相机测量了斜坡上波浪的爬高,分析了入射波波高和植被密度对爬高的影响,结果表明爬高与入射波高的比值近似为常数,其值取决于植被的密度。采用Boussinesq方程成功地模拟了波浪在斜坡上的传播变形及爬高过程:植被的阻水作用通过添加拖曳力项来实现,底床摩擦阻力系数通过模拟孤立波在无植被影响斜坡上的爬高确定,根据实验数据校核数值模型得到不同入射波高下植被的拖曳力系数。研究发现孤立波作用下斜坡上植被的平均拖曳力系数与平底床恒定流的情况并无明显差异。     

基于SWASH模型的近岸波浪传播变形数值模拟

SWASH模型是一种新型的非静压时域波浪模拟。为了探讨SWASH模型对于解决近岸波浪传播变形问题的适用性,在对其控制方程、边界条件、数值解法等进行介绍的基础上,采用该模型分别模拟了正向规则波、斜向规则波和斜向不规则波入射条件下L形防波堤附近水域的波浪场和波生流场,并与物理试验结果进行对比。结果表明,SWASH模型较好地复演了波浪在近岸区域所发生的浅水变形、折射、破碎,以及堤前反射、堤内绕射等物理现象,波高沿断面的定量分布与试验结果吻合良好,同时较好地模拟了不同波况下防波堤附近水域的波生流场,说明该模型适用于复杂岸线和地形条件下波浪传播变形的数值模拟。     

随机波在珊瑚礁地形上传播的SPH模拟

该文通过在SPH水动力学模型中引入动量源造波函数和人工速度衰减函数,来实现规则波和随机波在数值波浪水槽中稳定生成和有效吸收,并通过合理设置造波区的相关参数使该造波系统适合于任意水深条件。最终,应用该数学模型研究波浪在珊瑚礁上的传播演变问题。数模预测结果与物模实验数据对比显示,该文所建立的SPH数学模型能够准确描述诸如波浪在深海陡峭礁面上的翻卷破碎、礁坪上的波浪增水及波能频谱由峰频向低频转换等一系列颇具挑战性的水动力过程。说明该文结合无反射动量源造波系统发展的SPH水动力学模型可以作为一个非常实用的数值模拟工具,用于研究波浪与各式水工建筑物间的相互作用问题。     

多向聚焦破碎波的实验研究

该文采用两种不同频谱形式(等波陡和等波幅)、不同水深,通过波浪聚焦的方法在水池中产生多向聚焦波和破碎波,实验研究了破碎波的波面特性、破碎波的破碎指标及传播过程中的频谱变化,结果表明频谱形式、水深及方向分布对破碎波浪特性有明显的影响;波浪传播过程中频谱高频部分有明显的变化;波浪破碎过程中的能量损失主要来自波浪频谱高频部分。     

斜向和多向波浪的破碎指标研究

该文通过水池物理模型实验,研究了在1:15的斜坡条件下斜向和多向波浪中破碎的特点。根据波浪类型和岸坡条件将破碎指标分为四类,总结了每一类破碎指标公式的通用形式和系数。对实验中正向和斜向规则波、正向和斜向不规则波、正向和多向不规则波的破碎指标进行了比较和分析。研究结果表明:同等条件下,斜向波的破碎指标较正向波偏大,基于不规则波有效波高的破碎指标小于规则波的,而多向波在波高较大时的破碎波高与正向不规则波相比偏小。     

孤立波作用下珊瑚礁海岸附近流动特性研究

该文通过基于大涡模拟的三维数值模型研究了孤立波作用下珊瑚礁海岸附近的流动特性,考虑了两种礁坪水深的情况,通过物理模型实验对比验证了礁面上自由液面的空间与时间变化以及流速的时间变化,并运用数值结果进一步分析了流场和涡量场的沿礁变化规律。结果表明:该数值模型能合理地模拟不同礁坪水深下孤立波的浅水变形、破碎和滚波的运动以及波生流的变化。波浪破碎时礁坪上水流由亚临界流向超临界流转变,随后流速沿礁衰减。泻湖内的流速变化不再显著,波浪破碎伴随着强烈的水体涡动,涡动随着滚波的沿礁衰减而逐渐耗散,泻湖中的涡动几乎可以忽略不计。礁坪水深的增大显著降低了礁坪上的涡动强度。     

破碎波作用下床面形态研究及泥沙受力分析

破碎带水体强烈紊动对床面形态影响甚大,基于波浪水槽试验对沙质斜坡上破碎带床面形态以及泥沙受力进行研究。分析床面形态发现,同一断面处沙纹沙坝的形态与波浪形态基本一致,波高和周期决定沙纹沙坝的尺寸,波高越大,沙纹沙坝越高;周期越长,沙纹沙坝越长。通过对波浪破碎区的近底流速及砂床内孔隙水压力进行测量,将计算得到的表层上举力与超静孔隙水压力进行对比分析,发现其上举力与床面超静孔隙水压力大小相同。同时观察波浪破碎带床面高程,进一步研究上举力与超静孔隙水压力与床面高程的关系,发现表层上举力随着床面高程增加而变大,随着床面高程的降低而减小,而超静孔隙水压力与床面高程之间的关系则相反。     

近边界面的水下爆炸冲击波传播特性及气穴效应

炸药在水下起爆后,产生的冲击波在传播过程中将主要遇到两种边界面:自由水面和结构面边界,而这些边界面的存在将显著影响冲击波的传播特性。考虑冲击波与自由面及结构面的动态耦合相互作用,基于Lagrangian-Eulerian耦合算法,建立了近边界面水下爆炸全耦合模型,通过与已有文献的研究成果及经验公式进行对比,验证了数值模型的可靠性;对自由场、近自由面、近背空气结构面及近背水结构面水下爆炸的冲击波传播特性进行了系统的研究,探讨了不同边界面条件下的水下爆炸冲击波传播特性机制。研究表明,近边界面对水下爆炸冲击波传播特性具有重要的影响,近自由面和近背空气结构面水下爆炸均产生了气穴效应。     

基于N-S方程的波浪与可渗防波堤相互作用的数值模拟

采用N-S方程作为波浪场和孔隙流域的控制方程,应用有限差分方法对控制方程进行离散求解,采用VOF方法跟踪自由表面,反复迭代求解得到整个流域的压力场和速度场,并分析堤后渗透波高随入射波高、入射波周期的变化规律。最后结合波浪水槽物理模型试验验证本文所建立的数学模型,验证结果表明,此文所建立的数学模型可较好的模拟波浪与可渗防波堤的相互作用。     

BOTTOM SHEAR STRESS UNDER WAVE-CURRENT INTERACTION

The present work adopts the COHERENS-SWAN model developed by the first author through coupling three-dimensional hydrodynamic model （COHERENS） and third-generation wave model （SWAN）. Inside the COHERENS-SWAN, the SWAN is regarded as a subroutine and the time- and space-varying current velocity and surface elevation are obtained from the COHERENS. Wave-enhanced bottom shear stress, wave induced surface mixing length and wave dependent surface drag coefficient have been introduced into the COHERENS. Secondly, as wave-enhanced bottom shear stress （＂bottom shear stress＂ described as BSS sometimes in this article） is concerned, a modified bottom shear stress Grant and Madsen model which introduces random wave field is given and introduced to COHERENS-SWAN. COHERENS-SWAN is also adopted to simulate three-dimensional flow in the Yellow River Delta with wave-current co-existing. Four numerical experiments were given to study the effects of wave-current interaction on enhancing bottom shear stress. The simulated current velocities, wave height and wave period match well with field measurement data. The simulated significant wave height and wave period for the case with considering the effects of current can give better agreement with measurement data than the case without involving the effects of current. The introduction of random wave generates lower the bottom shear stress than the case without introducing it. There are obvious differences between bottom shear stress of two way interaction and one way interaction. Velocity field obtained by the COHERENS-SWAN is reasonable according to previous studies and measurements.     

弹性直圆管局部狭窄对脉动流影响的数值模拟

动脉中脉搏波的分析和中医脉象研究早为人们注目,并越来越受到重视。中医切脉或利用脉象仪测脉,均沿腕部桡动脉处取得信息,由于手指和探头作用,桡动脉形成狭窄从而影响脉动流。本文建立局部狭窄直圆管内脉动流模型,来研究狭窄对脉动流的影响。根据流动的一维非线性方程导出特征方程,采用特征差分方法数值求解。结果表明:(1)随狭窄度增加(相当压迫加重),压力和速度波形变陡,峰值开始时提高,随后下降,和脉象仪取脉情况吻合;(2)血液粘度增加时,速度减慢,压力波形平坦,反映了血流阻力的增大;(3)狭窄宽度的变化对脉搏波影响不大;(4)根据中医脉图若干指标计算得到的数据,随狭窄和血液粘度的变化,和临床结果一致,说明这几个指标是符合血流动力学规律的。     

数值波浪水槽的建立与验证

由于Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程是从动量守恒定律出发，以对不可压缩粘粘性流体不引入地形限制，不考虑水深影响，是真正意义上从流体的运动规律出发的方程，因此本文以Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程为控制方程，用有限元法对它进行离散，建立了它的有限元特征方程，     

REFLECTION AND TRANSMISSION OF WATER WAVES BY POROUS VERTICAL PLATES

The reflection and transmission of small amplitude surface waves by two verticalporous plates with spacing L fixed in the middle of an infinitely long channel of constant depthare studied.Analytical solutions in closed forms are obtained for the surface wave profiles.It isfound that,when the spacing L is a quarter-wavelength plus a multiple of the half-wavelength ofthe incident wave,not only the reflected wave amplitude but also the transmitted wave amplitudereduce to minima.On the other hand,when the spacing L is a multiple of the half-wavelengthof the incident wave,both the reflected wave amplitude and the transmitted wave amplitude havethe maximum values.For these two special cases,the energy dissipation caused by the twoporous plates and the water between them are also discussed.     

水面舰船加装减阻节能球鼻艏研究

该文基于波形叠加的消波原理,对一艘仿阿雷.伯克级大型驱逐舰加装减阻节能球鼻艏进行研究,研究表明大型驱逐舰加装减阻节能球鼻艏可获得较好的减阻效果。文中首先给出了基于细分曲面表达船型,采用船体曲面法向量分量表示源强的船舶兴波阻力及波形计算的数值方法,通过与实验结果的比较,分析了该方法的合理性和有效性;在此基础上通过逆向设计法优化计算和分析得到了一仿阿雷.伯克级大型驱逐舰船型加装减阻节能球鼻艏消波减阻定性规律和定量效果,在特定的中高航速下通过减阻节能球鼻艏优化设计可以使兴波阻力最多减少33.7%。     

瞬态面波在引水线路勘察中的应用

瞬态面波勘察方法是近年来发展很快的一种物探方法, 应用于探查覆盖层厚度、基岩埋深等.根据实地地质情况与勘探目的,结合地质资料采用瞬态面波技术能经济、快速、有效地为工程地质勘探提供可靠资料.总结瞬态面波勘察方法在桂中治旱乐滩引水线路的勘探情况,根据该法解释出的波速界面与钻探资料所呈现的岩性差异界面基本吻合,证明该法解决此类地质问题的可行性.     

INTERACTION OF VORTICES WITH A PROGRESSIVE SURFACE WAVE

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