為研究波浪聚焦特性,分析極端波浪的產(chǎn)生機理,采用非靜壓模型通過數(shù)值模擬的方法對波浪聚焦的影響因素進行了詳細研究。本文采用SWASH非靜壓波浪模型,模型垂向均勻分三層以保證足夠的色散精度以及非線性精度來高效準確的模擬波浪在變化地形上的傳播。研究發(fā)現(xiàn)在最大波浪未發(fā)生破碎時,波浪在半圓形凸起斜坡淺灘上傳播,波浪聚焦是波高增大的最主要原因。初始kR（波數(shù)與淺灘半徑乘積）值對波浪在該地形上的聚焦特性有著重要影響。初始kR越大,最大波高位置距聚焦地形坡腳的距離越遠。當kR在1.4π～4.05π之間時,隨著kR的減小,最大相對波高先增大后減小,當kR=2.45π時,最大相對波高達到極大值,可達2.48倍初始波高。 

【文章來源】：中國海洋大學學報(自然科學版). 2020,50(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

數(shù)值模擬波面與理論波面對比(x=10L0)

準確模擬波浪的傳播除色散性以外另一個重要影響因素為非線性。本節(jié)采用SWASH模型模擬波浪在橢圓形淺灘地形上的傳播過程,通過比較淺灘附近的波高變化驗證SWASH模型的非線性模擬精度。實驗地形采用Vincent和Briggs[12]的實驗地形(見圖2),橢圓形淺灘中心坐標為x=6.10 m,y=13.72 m,地形及水深具體參數(shù)見Vincent和Briggs[12]。波浪由左側正向入射,入射波周期T=1.3 s,波高H=5.5 cm,計算域取25 m×30 m,由于波浪主要傳播方向為x方向,考慮到計算效率,計算網(wǎng)格沿x方向較密,y方向較稀疏,網(wǎng)格尺寸為0.05 m×0.1 m,計算區(qū)域末端設置5 m海綿層,用來吸收波浪能以模擬開邊界。垂向均勻分三層,模擬時長78 s。為驗證SWASH模型模擬準確性,選取波高變化較明顯的截面3、截面5和截面7上的波高分布與Vincent實驗數(shù)據(jù)進行對比。通過上跨零點法統(tǒng)計數(shù)值模擬中截面處均方根波高值,與Vincent和Briggs[12]的實驗結果對比如圖3所示,圖中縱坐標為均方根波高與入射波高的比值,實線為SWASH模擬結果,空心圓圈為Vincent實驗結果。由圖可以看出數(shù)值模擬結果與實驗結果吻合良好。

為驗證SWASH模型模擬準確性,選取波高變化較明顯的截面3、截面5和截面7上的波高分布與Vincent實驗數(shù)據(jù)進行對比。通過上跨零點法統(tǒng)計數(shù)值模擬中截面處均方根波高值,與Vincent和Briggs[12]的實驗結果對比如圖3所示,圖中縱坐標為均方根波高與入射波高的比值,實線為SWASH模擬結果,空心圓圈為Vincent實驗結果。由圖可以看出數(shù)值模擬結果與實驗結果吻合良好。2 數(shù)值模擬結果與討論


本文編號：3113903