本文關鍵詞：波浪在三維局部滲透海床上傳播的數(shù)值研究

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【摘要】：我國南海島礁多為珊瑚島礁,與不可滲透海床相比,珊瑚礁孔隙率大,需要考慮珊瑚島礁地形的滲透特性。因此,開展關于南海島礁海域水動力環(huán)境特性的研究是十分必要的。本文針對珊瑚島礁海床的可滲透特性,研究了波浪在三維局部滲透島礁上的傳播特性。本文首先根據(jù)Darcy滲透定律推導出三維局部滲透海床的控制方程,利用滲透海床頂部和水底處法向速度和壓強的連續(xù)條件得到流域中速度勢在滲透海床頂部滿足的邊界條件。采用線性勢流理論,以三維Laplace方程作為控制方程,根據(jù)格林第二定理建立速度勢的邊界積分方程,通過采用滿足自由水面條件的格林函數(shù)使積分區(qū)域只限于局部可滲透海床邊界。采用高階邊界元方法求解邊界積分方程得到可滲透海床上的繞射勢,進而求得自由水面的繞射勢和波浪在三維局部滲透海床上傳播過程中波浪幅值的變化情況。通過與已發(fā)表的波浪對圓柱形暗礁的時域全繞射結果對比,證明了本文建立的頻域方法計算波浪幅值的正確性和有效性。首先利用這一模型研究了大范圍三維矩形平底滲透海床區(qū)域上波浪的傳播特性,并分析了入射波波長、海床滲透特性系數(shù)等參數(shù)對波浪傳播的影響。波浪傳入矩形平底滲透海床后幅值逐漸衰減,傳出滲透區(qū)域后幅值逐漸增加。并且由于三維影響,在垂直于波浪傳播的方向上,矩形滲透海底中線處衰減最大,遠離中線衰減逐漸減小,波浪幅值分布具有明顯的三維特性。另外,入射波浪波長越小,滲透海床的滲透系數(shù)越大,波浪沿著傳播方向的衰減就越明顯,傳出滲透海床后影響范圍也越大。在不可滲透海床和滲透海床的交界處,由于滲透性發(fā)生突變,波浪出現(xiàn)明顯的反射現(xiàn)象,并且滲透系數(shù)越大入射波波長越長,反射現(xiàn)象越明顯。然后利用模型研究了半橢球體三維局部滲透海床上波浪的傳播特性,分析了入射波波長、海床滲透特性參數(shù)和海床高度等參數(shù)對波浪傳播的影響。與滲透系數(shù)為零的島礁相比,波浪在可滲透島礁上的傳播過程中,幅值會產生衰減。在入射波波長一定的情況下,隨著滲透系數(shù)的增加,島礁中線附近波浪衰減越明顯,遠離中線處衰減逐漸減小。當滲透系數(shù)一定,入射波波長增大時,波浪在島礁上方的幅值衰減會逐漸減小,而在垂直島礁中線方向的衰減范圍則會逐漸增大。另外,當滲透系數(shù)取零,入射波浪波長一定時,滲透海床高度越大,在海床中線和兩側附近波浪沿傳播方向幅值增減越明顯。
【關鍵詞】：滲透海床 高階邊界元法 頻域 波浪傳播
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P731.22
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-14
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 波浪在滲透海床上傳播的研究方法和數(shù)值求解10-12
• 1.2.1 波浪在滲透海床上傳播的研究方法10-11
• 1.2.2 Laplace方程的數(shù)值求解方法11-12
• 1.3 本文工作12-14
• 2 波浪在滲透海床上傳播的頻域數(shù)學模型14-23
• 2.1 滲透海床控制方程14-15
• 2.2 海床上部流體控制方程和邊界條件15-17
• 2.2.1 控制方程15-16
• 2.2.2 邊界條件16-17
• 2.3 滲透海底邊界條件17-18
• 2.4 控制方程和邊界條件的線性近似18-19
• 2.5 邊界積分方程的建立和離散19-21
• 2.6 本章小結21-23
• 3 數(shù)值模型驗證23-29
• 3.1 圓柱形暗礁地形的模型驗證23-28
• 3.1.1 圓柱暗礁網(wǎng)格收斂性驗證24-26
• 3.1.2 結果對比26-28
• 3.2 本章小結28-29
• 4 波浪在三維矩形平底局部滲透海床上傳播的研究29-42
• 4.1 滲透海床網(wǎng)格收斂性驗證29-32
• 4.2 滲透系數(shù)和入射波波長對波浪傳播特性的影響32-38
• 4.3 滲透邊界對波浪傳播特性的影響38-41
• 4.4 本章小結41-42
• 5 波浪在半橢球體局部滲透海床上傳播的研究42-63
• 5.1 滲透海床網(wǎng)格收斂性驗證42-45
• 5.2 滲透系數(shù)和入射波波長對波浪傳播特性的影響45-54
• 5.3 滲透海床高度對波浪傳播特性的影響54-62
• 5.4 本章小結62-63
• 結論63-65
• 參考文獻65-68
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況68-69
• 致謝69-70

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 荀濤;胡鵬;梅_";高峰;;西沙群島珊瑚砂運動特性試驗研究[J];水道港口;2009年04期

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本文編號：987988