本文關鍵詞：隨機波浪在斜坡地形上的非線性特征參數(shù)化研究

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【摘要】：非線性是海洋波浪的重要特征之一,在波浪的傳播變形過程中起著舉足輕重的作用,是研究水波動力學的關鍵因素之一。波浪的非線性與破碎、畸形波、低頻波浪等現(xiàn)象密切相關,是目前水波動力學研究的熱點和難點。根據(jù)波浪成分間的非線性相互作用程度可以劃分為弱非線性相互作用和強非線性相互作用,弱非線性主要作用于深水和有限水深中的波浪,在弱非線性相互作用的影響下,波浪成分間的能量傳遞很慢,需要百余個波浪周期才會有顯著的能量傳遞,但是當波浪進入淺水區(qū)域后,隨著水深減小,波浪開始表現(xiàn)出非常強烈的非線性特征,這種非線性相互作用可以在幾個周期內(nèi)就發(fā)生非�？捎^的能量傳遞。大量研究表明,非線性相互作用主導了波浪從變形到破碎的整個過程,對淺水泥沙輸運等方面都起到不可忽視的作用。因此,開展淺水波浪的的非線性特征研究具有非常重要的理論意義和工程應用價值。參數(shù)化方法不僅能夠從定量角度對波浪非線性特征的各種影響因素進行分析,得到的經(jīng)驗公式還可以對現(xiàn)有的數(shù)學模型做進一步的修正,因此是一種非常有效的研究方法。本論文以物理模型實驗為主,輔以數(shù)值模擬方法對波浪在淺堤地形上傳播過程中的非線性特征進行了系統(tǒng)的研究,并對這些非線性特征量進行了參數(shù)化討論,主要研究內(nèi)容如下：首先通過物理模型實驗對隨機波浪在不同坡度上的傳播進行了研究,應用小波二階譜分析了波浪在傳播過程中的三階非線性耦合特征,并分析了地形坡度對波浪非線性相互作用的影響；分析了波浪的非線性幾何參數(shù),例如偏度、不對稱度以及二階相關值與當?shù)豒rsell數(shù)間的關系,并采用最小二乘法擬合得到了一組考慮地形坡度影響的描述波浪非線性幾何特征變化的公式。通過與前人得到的公式進行比較,發(fā)現(xiàn)新的公式可以更精確的描述波浪在斜坡地形的非線性特征變化。此外,論文還分析了斜坡地形上的極限波浪(臨界破碎波)的幾何特征,發(fā)現(xiàn)水深和波高對極限波浪的幾何形態(tài)起到非常重要的影響,與深水和有限水深情況下的結果相比,淺水極限波浪的波陡、偏度和不對稱度偏大,進而基于實驗數(shù)據(jù)擬合了考慮地形坡度影響的極限波浪幾何特征參數(shù)與波高水深比之間的關系。隨后通過物理實驗研究了逆流作用下的波浪在淺堤地形傳播過程中的非線性特征,結果表明,逆流會顯著影響波浪非線性特征量的變化趨勢。在變淺區(qū)域,波浪阻隔程度較輕時,逆流會加快波浪非線性特征量的增長趨勢,使波浪的波陡、偏度和不對稱度增長變快；而隨著水深變淺,逆流流速變大,波浪阻隔增大到一定程度的情況下,逆流會加快波浪的非線性特征減緩趨勢,使波浪的非線性特征量減小更快,進而給出了逆流中的波浪在不同淺堤地形下的非線性特征參數(shù)變化的經(jīng)驗公式。最后采用完全非線性Boussinesq方程模擬了斜向入射的隨機波浪在不同坡度地形下的傳播變形,通過分析討論了入射角度對波浪非線性參數(shù)變化的影響。結果表明,波浪入射角度會顯著影響波浪的非線性相互作用程度,隨著入射角度的增大,波浪的非線性相互作用變?nèi)?進而通過最小二乘法擬合了一組考慮了入射角度影響的描述波浪非線性特征量變化的經(jīng)驗公式。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TV139.2
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本文編號：1300960