【摘要】： 波浪作用是近岸工程上的主要載荷之一。波浪在由深海向近岸傳播的過程中,受到海岸工程建筑物和復(fù)雜多變地形等多種因素的影響,將發(fā)生淺水變形、折射、繞射、反射、破碎以及能量耗散等復(fù)雜的現(xiàn)象。這些波動過程中呈現(xiàn)出明顯的非線性特點。Boussinesq型方程是非線性方程,基于該方程建立的數(shù)值模擬模型能夠模擬近岸水域中多種波浪傳播變形的綜合作用。因此,本文對非線性波傳播的數(shù)值模擬模型進行了改進,并對近岸水域非線性波的傳播進行了數(shù)值模擬。 首先,改進了基于Crank-Nicolson格式對控制方程進行離散而建立的非線性波傳播的二維數(shù)值模擬模型。雖然在入射邊界上直接給定入射波的方法簡潔直觀,但基于直接給定入射邊界條件的方法而建立的數(shù)值模擬模型存在著不能模擬計算域內(nèi)有反射波/偽反射波的弊端。鑒于此,本文結(jié)合對入射邊界上反射波進行消波的方法改進了非線性波傳播的數(shù)值模擬模型。下游邊界上的統(tǒng)一邊界條件表達式是基于規(guī)則波理論推導(dǎo)而來,本文將統(tǒng)一表達式推廣到適用于不規(guī)則波的情況,從而使得改進的數(shù)值模擬模型能模擬隨機波的傳播變形。此外,還使用濾波技術(shù)消除數(shù)值計算中產(chǎn)生的高頻波。由此,全面地改進了二維的非線性波傳播的數(shù)值模擬模型。 其次,利用改進的數(shù)值模擬模型對規(guī)則波的傳播變形進行了數(shù)值模擬。通過對平底水域的推進波和反射波的數(shù)值模擬,說明改進后的數(shù)值模擬模型能很好地模擬全區(qū)域的立波,入射邊界條件上反射波的消除處理效果良好。數(shù)值模擬了水深突變的臺階地形上波浪的傳播,將利用模型的線性版本所計算的反射系數(shù)和透射系數(shù)與相應(yīng)的解析解進行了定量比較,結(jié)果表明二者相當吻合;無論是利用模型的線性版本還是非線性版本所求得的波動過程都均勻穩(wěn)定。分別通過對下游邊界和側(cè)邊界均為開邊界或者均為全反射邊界的等水深二維的水池內(nèi)斜向入射波的數(shù)值模擬,說明計算結(jié)果合理正確。這表明本文改進后的數(shù)值模擬模型能有效地模擬線性及非線性規(guī)則波的傳播。 再次,數(shù)值模型輸入譜分別為P-M譜、JONSWAP譜及文圣常新風浪譜的情況下,等水深的水槽內(nèi)隨機波的傳播變形。利用模型的線性版本所計算的模擬譜與輸入譜一致;通過比較模型的非線性版本和線性版本的計算結(jié)果,初步探討了非線性作用對隨機波傳播的影響;通過將斜坡地形上的數(shù)值解與物模試驗結(jié)果的比較,說明本文的數(shù)值解和物模實驗值相吻合。這說明本文改進后的數(shù)值模擬模型能有效地模擬隨機波的傳播。 最后,對本文的研究成果進行了總結(jié)并對需要進一步研究的問題進行了展望。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：P731.22

【引證文獻】

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1 劉亮;向碧群;桂曉菁;;海水漏油圖像區(qū)域面積計算方法研究[J];計算機仿真;2012年08期

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本文編號：2670001