【摘要】：畸形波是一種持續(xù)時(shí)間短,波高極大,能量高度集中的波浪,既可在淺水中發(fā)生也可在有限水深中發(fā)生,由于其多次造成海上事故而受到人們的關(guān)注。畸形波的發(fā)生具有短暫性和偶然性的特征,導(dǎo)致畸形波實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)較少,畸形波的機(jī)理及影響因素仍然不明確,相關(guān)的研究工作仍有待完善。本文針對(duì)淺水和有限水深畸形波的生成及演化進(jìn)行了相關(guān)研究。論文的研究工作如下。構(gòu)建二維數(shù)值水槽。數(shù)值模擬規(guī)則波、Gauss包絡(luò)形態(tài)畸形波和一階Peregrine呼吸子解畸形波等多種類型的波浪,通過(guò)數(shù)值解與理論解的結(jié)果對(duì)比,來(lái)驗(yàn)證數(shù)值波浪水槽的有效性。同時(shí),優(yōu)選合適的網(wǎng)格密度和迎風(fēng)系數(shù),以兼顧計(jì)算穩(wěn)定性和精度�；诠铝⒉〝�(shù)值解與理論解的對(duì)比、孤立波的波形不變性、孤立波碰撞分離穩(wěn)定性的分析,驗(yàn)證KdV方程數(shù)值求解的準(zhǔn)確性。在KdV方程框架下,研究淺水畸形波和Gauss包絡(luò)形態(tài)畸形波的生成和演變規(guī)律,采用小波變換(CWT)分析畸形波時(shí)頻能量特征,研究表明:在KdV方程框架下,給定初始條件的普通波列可演化生成畸形波,且畸形波的消失和出現(xiàn)具有偶然性,Gauss包絡(luò)形態(tài)畸形波在KdV方程中具有碰撞分離穩(wěn)定性;Gauss包絡(luò)形態(tài)畸形波波數(shù)的減小會(huì)使得波形的不對(duì)稱性增強(qiáng);畸形波生成時(shí),波浪能量的集中程度增大;畸形波消失時(shí),能量消散。基于一階孤立波和二階孤立波數(shù)值解與理論解的對(duì)比,驗(yàn)證薛定諤方程(NLSE)數(shù)值求解的準(zhǔn)確性;在NLS方程框架下,研究有限水深畸形波的生成和演化規(guī)律,采用小波變換分析畸形波時(shí)頻能量特征。研究表明:在NLS方程框架下,畸形波發(fā)生時(shí),常伴隨較大的波峰和波谷;畸形波生成和消失具有偶然性;當(dāng)Peregrine呼吸子解畸形波出現(xiàn)時(shí),能量譜顯示波浪譜邊帶變寬,邊帶能量增大,畸形波消失時(shí),邊帶能量消散;有限水深下,Gauss包絡(luò)演化會(huì)發(fā)生色散現(xiàn)象,且水深越淺,色散過(guò)程越緩慢;Gauss包絡(luò)的初始波幅增大時(shí),色散效應(yīng)減緩,Gauss包絡(luò)的演化呈現(xiàn)出孤子的特性。基于構(gòu)建的二維數(shù)值波浪水槽,選取三階NLS方程的Peregrine呼吸子解作為畸形波的非線性模型,在水底布置不同尺寸的方形障礙,模擬畸形波在穿過(guò)水底障礙物時(shí)的演化過(guò)程,采用小波變換分析畸形波時(shí)頻能量特征,研究表明:當(dāng)障礙物高度增加時(shí),在障礙物前方畸形波能量增強(qiáng),在障礙物上方和后方畸形波的能量有所降低,但非線性增強(qiáng);當(dāng)波長(zhǎng)與障礙物長(zhǎng)度之比增大時(shí),障礙物對(duì)畸形波能量的耗散作用減弱,在障礙物前端和上方畸形波波谷深度增大,在障礙物后方畸形波的峰谷不對(duì)稱性顯著增強(qiáng)。
【學(xué)位授予單位】：集美大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P75
【圖文】：

美大學(xué)碩士學(xué)位論文 淺水及有限水深畸形波數(shù)值模擬與演化規(guī)律2.持續(xù)時(shí)間較短，發(fā)生時(shí)伴隨著巨大的能量。3.遍布各大海域，在淺水和有限水深等情況下皆能發(fā)生。Sand 等人[4]從畸形波的波高出發(fā)，概括出了大多數(shù)學(xué)者認(rèn)同的畸形波定義，2 給出了滿足畸形波定義的示意圖：1.波高大于兩倍的有效波高。從畸形波波高的角度直觀地對(duì)其定義。2.波高大于兩倍的相鄰波浪波高，且波峰高度大于 0.65 倍波高。從畸形波的線性特征角度對(duì)其定義。

概括出了大多數(shù)學(xué)者認(rèn)同的畸形波定義，圖1-2 給出了滿足畸形波定義的示意圖：1.波高大于兩倍的有效波高。從畸形波波高的角度直觀地對(duì)其定義。2.波高大于兩倍的相鄰波浪波高，且波峰高度大于 0.65 倍波高。從畸形波的強(qiáng)非線性特征角度對(duì)其定義。圖 1-1 北海挪威海域畸形波波高記錄圖 1-2 畸形波示意圖近幾十年來(lái)，畸形波引發(fā)了大量的船舶、人身事故，受到了廣泛的關(guān)注[5]。圖1-3 給出了 1969-1994 年近 25 年的時(shí)間里，由于畸形波襲擊導(dǎo)致的船舶失事的情況統(tǒng)計(jì)。由圖 1-3 可以看出，畸形波不僅發(fā)生在深水區(qū)域，在淺水區(qū)域也經(jīng)常發(fā)生。

圖 1-3 1969-1994 年間巨輪遭遇畸形波的情況統(tǒng)計(jì)68 年 6 月 13 日，World Glory 號(hào)油輪在印度洋南非沿岸遭遇畸形波，，船上 22 名船員遇難，1400 萬(wàn)加侖原油發(fā)生泄漏，如圖 1-4 所示[6-7圖 1-4 沉沒(méi)的 World Glory 號(hào)油輪95 年 1 月 1 日，北海海域 70m 深的 Draupner 石油平臺(tái)遭遇了畸形波（）的襲擊，這是目前為止，記錄最為完善的畸形波。在觀測(cè)時(shí)長(zhǎng) 120

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1 羅春蓮;淺水及有限水深畸形波數(shù)值模擬與演化規(guī)律研究[D];集美大學(xué);2019年

2 霍杰;基于CFD的海蟒式俘能裝置的水動(dòng)力學(xué)特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2801399