【摘要】：畸形波是一種持續(xù)時間短,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�；尾ǖ陌l(fā)生具有短暫性和偶然性的特征,導(dǎo)致畸形波實測數(shù)據(jù)較少,畸形波的機理及影響因素仍然不明確,相關(guān)的研究工作仍有待完善。本文針對淺水和有限水深畸形波的生成及演化進行了相關(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,通過數(shù)值解與理論解的結(jié)果對比,來驗證數(shù)值波浪水槽的有效性。同時,優(yōu)選合適的網(wǎng)格密度和迎風(fēng)系數(shù),以兼顧計算穩(wěn)定性和精度。基于孤立波數(shù)值解與理論解的對比、孤立波的波形不變性、孤立波碰撞分離穩(wěn)定性的分析,驗證KdV方程數(shù)值求解的準確性。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)的減小會使得波形的不對稱性增強;畸形波生成時,波浪能量的集中程度增大;畸形波消失時,能量消散�；谝浑A孤立波和二階孤立波數(shù)值解與理論解的對比,驗證薛定諤方程(NLSE)數(shù)值求解的準確性;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頻能量特征。研究表明:在NLS方程框架下,畸形波發(fā)生時,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,能量譜顯示波浪譜邊帶變寬,邊帶能量增大,畸形波消失時,邊帶能量消散;有限水深下,Gauss包絡(luò)演化會發(fā)生色散現(xiàn)象,且水深越淺,色散過程越緩慢;Gauss包絡(luò)的初始波幅增大時,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,模擬畸形波在穿過水底障礙物時的演化過程,采用小波變換分析畸形波時頻能量特征,研究表明:當(dāng)障礙物高度增加時,在障礙物前方畸形波能量增強,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;當(dāng)波長與障礙物長度之比增大時,障礙物對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稱性顯著增強。
【學(xué)位授予單位】：集美大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：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)時間較短，發(fā)生時伴隨著巨大的能量。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其定義。

概括出了大多數(shù)學(xué)者認同的畸形波定義，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。從畸形波的強非線性特征角度對其定義。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，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 年的時間里，由于畸形波襲擊導(dǎo)致的船舶失事的情況統(tǒng)計。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68 年 6 月 13 日，World Glory 號油輪在印度洋南非沿岸遭遇畸形波，，船上 22 名船員遇難，1400 萬加侖原油發(fā)生泄漏，如圖 1-4 所示[6-7圖 1-4 沉沒的 World Glory 號油輪95 年 1 月 1 日，北海海域 70m 深的 Draupner 石油平臺遭遇了畸形波（）的襲擊，這是目前為止，記錄最為完善的畸形波。在觀測時長 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力學(xué)特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

本文編號：2801399