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在近岸波浪相关研究中,辐射应力是波动在水体中引起的剩余动量流,是波浪运动的重要物理量。在波浪从深水逐渐传向浅水的过程中,波浪的非线性逐渐增强,甚至会发生破碎等剧烈变形,引起辐射应力的强烈变化,对次重力波生成等有重要贡献。应用OpenFOAM精细模拟波浪在潜堤上的传播,得出波浪运动的详细流场信息,计算了有波浪破碎情况下潜堤地形上波浪的辐射应力和波浪增减水情况。研究结果表明,在潜堤地形下,辐射应力值在堤前平底处受波幅变化影响较敏感,波浪完全破碎后其值在堤后坡面处呈增大趋势直至平底处趋于平稳。辐射应力沿程变化对波浪增减水的影响趋势与波浪增减水方程符合良好。 相似文献
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波浪在珊瑚礁地形上破碎特性试验研究 总被引：2，自引：0，他引：2
对波浪在珊瑚礁地形上的传播特性进行了物理试验研究,将珊瑚礁地形简化为坡度为1∶5的陡坡(向海坡)加较长水平礁坪段的地形,对规则波和不规则波在该地形条件下的波浪破碎及波高沿程衰减进行了研究。结果表明,波高较小时,波浪破碎发生在礁坪上,但随着入射波高的增大,破碎位置逐渐向来浪方向移动,直至在向海坡段破碎。对于在礁坪上破碎的波浪,相对水深db/L0一定的条件下,破碎波高与入射波陡H0/L0相关,且变化趋势受相对水深db/L0的影响。同时给出了该地形条件下波浪破碎指标以及礁坪段破碎后沿程波高的计算公式。 相似文献
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岛礁与大陆沿海地区的不同之处在于,它们与深水相邻,暴露于非常大的台风波浪中,并且大多数包括边缘珊瑚礁,地形变化急剧,水深由几十甚至上百米突变到1～2 m。外海波浪在礁盘边缘处发生破碎,并沿着礁盘行进,波浪形态发生重大变化,传至岛礁上的浪涌和波浪产生非线性作用,且礁坪上地形复杂,难于建立数值水槽进行研究。国内现有的海岸工程设计规范主要是针对大陆海岸,但没有针对地形复杂且水深急剧变化的深水岛礁的相关条文,而这对于确定岛礁上护岸高程、护岸距离礁盘边缘的距离等非常重要。本研究旨在研究岛礁环境中,外海波浪传递至礁盘上沿程的水动力数据,并测量距礁盘边缘400 m处的护岸越浪量,为岛礁上水工建筑物设计与应急管理提供设计参考依据。 相似文献
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利用基于开源平台Open FOAM自主开发的船舶与海洋工程水动力性能求解器naoe-FOAM-SJTU,数值模拟了近岛礁环境下规则波的演化特性以及带有系泊系统的浮式平台在相应波浪作用下的水动力性能。对于平台的水动力性能的研究发现,仿真结果与试验结果在平台自由衰减运动固有周期及RAO(response amplitude operator)方面吻合良好。对于波浪在近岛礁地形下的演化现象的研究,分析了波浪演化不对称性特性的成因,并分别给出了不同参数下波浪在地形上爬升时演化的具体特性,对于波高变化及波浪演化的频率成分进行量化的探究。研究发现,波浪周期越大,波高变化越明显,演化的非线性现象越明显,且波浪随着传播距离的增大演化出的阶数也在增大。 相似文献
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波浪在斜坡地形上破碎,破波后稳定波高多采用物理模型试验方法进行研究,利用近岸波浪传播变形的抛物型缓坡方程和波能流平衡方程,导出了适用于斜坡上波浪破碎的数值模拟方法。首先根据波能流平衡方程和缓坡方程基本型式分析波浪在破波带内的波能变化和衰减率,推导了波浪传播模型中波能衰减因子和破波能量流衰减因子之间的关系;其次,利用陡坡地形上的高阶抛物型缓坡方程建立了波浪传播和波浪破碎数学模型;最后,根据物理模型试验实测数据对数值模拟的效果进行验证。数值计算与试验资料比较表明,该模型可以较好地模拟斜坡地形的波浪传播波高变化。 相似文献
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在浅水区的砂质床面上传播的波浪当其强度达到一定条件后,将使底床形成沙纹床面;由于沙纹床面上的底部剪应力远大于平床面上的底部剪应力,因此,在沙纹床面上传播的波浪比在平床面上传播的波浪的衰减要快得多.本研究在波浪水槽中对沙纹床面上传播的波浪的沿程衰减进行了探讨,同时,对水槽两侧壁边界层摩阻对波高衰减的影响做了分析.本文给出的理论成果与实验成果的比较表明,两者符合很好. 相似文献
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近岸海底管线在波浪作用下的受力情况关系着海底管线的安全运营。本文利用波浪港池物理模型试验,研究了斜向规则波作用下海底管线断面和管线沿程波浪力特性,分析了波浪入射方向与管线轴线夹角α及波浪要素对海底管线所受波浪力的影响,探讨了管线冲刷与所受波浪力之间的关系。试验结果表明:管线水平力在α=60°时达到最大,而上升力在α=45°时达到最大,并且从力的大小来看水平力比上升力大。随着角度增大,管线压力沿程变化幅度先增大再减小,α在60°时管线上游端压力最大;在45°时管线压力沿程变化呈波浪型,从上游往下游增减交替变化。随着冲刷的发展,管线下方受力最大值逐渐增大,管线前后方压力差值也逐渐增大。 相似文献
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不规则波在筑堤珊瑚礁上传播的大水槽实验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
基于大比尺波浪水槽模型实验,开展了不规则波在建有防浪堤的珊瑚礁陡变地形上传播变形规律的研究。采用弗劳德相似准则,通过1∶20的物理模型实验,模拟了不同水位和波高周期条件下,波浪从深水(d/L_01/2)到极浅水(d/L_0 1/50)的传播-破碎-壅水过程。实验测得了陡坡19 m水深和7 m水深的浅水变形系数,结果表明波浪在陡变地形上的浅水变形系数与缓坡地形差别较大,且在一定范围内随相对水深的减小而减小;随着传播距离的增加,高频能量不断减小,能量会向低频转移,产生10倍以上入射波周期的低频波浪,且越靠近防浪墙,低频能量越大,水位壅高越大;利用低通滤波技术,测得了礁盘上壅水显著,结果表明防浪堤前的平均波浪增水与外海入射波高的平方成正比。 相似文献
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本文基于具备间断捕捉能力的二阶全非线性Boussinesq数值模型,对规则波和随机波在礁坪地形上的传播变形进行了数值模拟。该模型采用高阶有限体积法和有限差分方法求解守恒格式的控制方程,将波浪破碎视为间断,同时采用静态重构技术处理了海岸动边界问题。重点针对礁坪上波浪传播过程中的波高空间分布和沿程衰减,礁坪上的平均水位变化,以及波浪能量频谱的移动和空间差异等典型水动力现象开展数值计算。将数值结果与实验结果对比,两者吻合情况良好,验证了模型具有良好的稳定性,具备模拟破碎波浪和海-岸动边界的能力,能较为准确地模拟波浪在礁坪地形上的传播过程中发生的各种水动力现象。 相似文献
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与海床不可渗透的情况相比,波浪在可渗透海床上传播时会发生波能衰减。本文将基于可渗透海床上一维修正型缓坡方程,建立方程求解的有限差分模型。将通过与不可渗透海床上矩形Bragg防波堤对波浪反射系数解析解的对比,验证有限差分模型的正确性和适用性。将进一步研究海床可渗透情况下,海床的渗透性参数、坝体的相对宽度、数量、浸没度对波浪反射系数的影响及其与海床不可渗透情况下的差异。本文研究发现,Bragg共振发生时的反射系数随坝体数量的增多而增大,随海床渗透性参数和坝体浸没度的增大而减小,并且存在一个坝体相对宽度值会使Bragg共振反射达到最大。相较于海床不可渗透的情况,发生Bragg共振反射的波浪频率几乎相同,但反射系数减小,而且零反射（或全透射）现象不再存在。 相似文献
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Bragg reflection in a fully nonlinear numerical wave tank based on boundary integral equation method
We investigated the phenomenon of Bragg reflection of submerged structures in a 2D fully nonlinear numerical wave tank (NWT) based on the boundary integral equation method (BIEM). This model was validated by comparing not only the free surface elevations with that of the analytic solution of Stokes’ second-order wave theory, but also the reflection coefficients of submerged bars with that from other sources. The results of the present model show that the free surface nonlinear effect on the reflection coefficient of the primary resonance reduces significantly for all of the submerged bars considered. Finally, a case study is presented to demonstrate the reflecting capacity and overall performance of various submerged bars. Results indicate that sinusoidal bar has the maximum reflection capacity at the primary resonance, but the trapezoidal submerged bar is suggested as the better option for the practical convenience of coastal underwater construction. 相似文献
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A third-order perturbation approximation for the partial reflection from a vertical wall is presented in this paper. The wave parameters are expressed in terms of the amplitude of incident waves. The reflection coefficient is defined as the ratio of the height of reflected waves to incident waves. The numerical results demonstrate the significant influences of reflected coefficient on the wave profile and wave frequency bifurcation. For example, the critical angle of wave frequency bifurcation with partial reflection is about 7.5 degrees, not 21 degrees as reported previously for fully reflection. 相似文献
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进动(precession)共振是一种非线性共振相互作用,2016年才有学者对这一现象进行研究。采用非静压二维自由表面流模型模拟了深水条件下重力波的进动共振现象。通过边界造波的方法产生双色波,分析了触发进动共振的初始条件;探讨了进动共振在小振幅前提条件下发生的简化初始条件。数值模拟分析两组对称测点,对不同测点的波面、能量谱进行对比分析。数值结果表明:非静压二维自由表面流模型可以模拟进动共振现象,并且可以采用双色波作为条件来研究深水五波进动共振现象,进动共振需要一定的能量转化时间,进动共振发生的条件是三波组合的进动频率等于一个系统存在的非线性频率。 相似文献
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《Coastal Engineering》2004,51(3):223-236
A computational model is developed to investigate the wave damping characteristics of a periodic array of porous bars. The transmission and reflection coefficients as well as the wave energy dissipation are evaluated relating to the physical properties and geometric factors of bars. It is shown that the porosity, number, width and height of bars all play important roles in the wave damping characteristics, compared to other factors such as the intrinsic permeability. It is observed that like impermeable bars, permeable bars display Bragg phenomenon. However, Bragg reflection produced by permeable bars is smaller than that by impermeable bars. Permeable bars reflect smaller waves, transmit smaller waves and dissipate more wave energy. It is indicated that if the porosity increases, both the reflection and transmission coefficients decrease and more wave energy is dissipated. Further, it is found that the porosity controls the magnitude, but not the oscillation frequency of the reflection coefficient, which depends only on the number of bars. 相似文献
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Bragg Reflection of Waves by Different Shapes of Artificial Bars 总被引：3，自引：1，他引：3
Experiments are performed in a wave flume to demonstrate the Bragg reflection of linear gravity waves by artificial bars. Three different artificial bars with rectangular, triangular and rectified cosinoidal shapes are placed discretely on the seabed for measurement of the Bragg reflection. A series of experimental conditions including the number of bars, the pe-riodic bar spacing, the water depth and various wave conditions are tested. Key parameters influencing the Bragg resonances are investigated. The experimental data are compared with the values from both theoretical and numerical models. Some key parameters have proved to be effective in describing the primary resonances. Predictive equations of the charac-teristics for the Bragg reflection are proposed in this paper. 相似文献
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For surface gravity waves propagating over a horizontal bottom that consists of a patch of sinusoidal ripples, strong wave reflection occurs under the Bragg resonance condition. The critical wave frequency, at which the peak reflection coefficient is obtained, has been observed in both physical experiments and direct numerical simulations to be downshifted from the well-known theoretical prediction. It has long been speculated that the downshift may be attributed to higher-order rippled bottom a... 相似文献
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In this paper, the theoretical analysis and experimental studies are employed to investigate the reflection characteris-tics of partial standing waves caused by wave overtopping and sloping top of structures. Based on the principle of conser-vation of wave energy flux, the third-order Stokes wave theory is used to formulate the reflection coefficient at wave overtopping; the calculation results are regressed into an applied expression. A series of experiments of wave reflection for a vertical-wall structure with chamfered and overhanging upper sections are carried out to investigate the influence of top slope on wave reflection. The regularity of variation of wave reflection in this case is analysed based on the experimental results. 相似文献
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振荡水柱波能转换装置的最大转换效率往往受到腔内水柱共振机制的直接影响。通过对装置的基本结构进行简化,提出了一种前墙可绕固定轴旋转的双垂板式结构系统,旨在通过前墙的旋转运动进一步加剧水柱的振荡,从而对腔内水柱的共振机制进行调节和控制。基于线性波理论,采用匹配特征函数展开法对波浪与双垂板结构的相互作用进行理论研究,针对流场在结构物尖角附近的奇异性特征,将公共界面上的速度分布基于切比雪夫多项式近似展开,并应用区域间的速度与压力连续条件进行求解。通过分析结构的几何参数对反射透射系数、平均波面高程、前墙旋转振幅以及前墙与水面间相位差的影响,深究其共振机理,为振荡水柱波能转换装置的效率优化机制提供理论依据。结果表明,在所研究的波浪频率范围内,前墙的自由旋转运动会加剧板间的平均波面高程,应用于波浪能转换装置中能进一步拓宽高效频率带宽。 相似文献