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湍致次生环流的数值研究 总被引：1，自引：0，他引：1
本文给出了一个数值模式,用于描述具有横向粗糙度变化的平面上方的湍流场内的次生环流。在此模式中,雷诺平均运动方程组的闭合,采用了代数化的雷诺应力输运方程和k-ε二方程湍流模式。计算结果和实验结果相吻合。本文还讨论了利用数值模式进行参数实验的一些结果。 相似文献
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根据湍流封闭理论,建立一种适用于正压浅海湍流运动的雷诺应力封闭模型(RSM),以代替目前三维浅海动力学模型中普遍采用的湍粘性系数的传统假设。通过直接建立并模化f—平面上正压海洋的雷诺应力传输方程,分别得到的微分形式和代数形式的RSM方程组。并讨论了进行数值计算所需要的边界条件。利用该模型可以进一步研究浅海潮流、风暴潮流及风海流等浅海流动的三维结构和湍流特性。 相似文献
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建立了同时考虑波致雷诺应力和时均水平压强梯度影响的二阶波浪边界层数学模型,模型计算得到的浅化波浪层流边界层内瞬时流速剖面、振荡速度幅值和时均流速剖面均与水槽实验数据吻合较好,在此基础上探讨了浅化波浪边界层流速分布特性及其影响机制。随着波浪的浅化变形,边界层内时均流速剖面"底部向岸、上部离岸"的变化特征越来越明显。这是二阶对流项引起的波致雷诺应力和离岸回流引起的时均水平压强梯度共同作用的结果,在床面附近由波致雷诺应力占主导作用并趋于引起向岸流动,在上部区域由时均水平压强梯度占主导作用并趋于引起离岸流动。 相似文献
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结合椭圆型缓坡方程模拟近岸波流场 总被引：6，自引：3，他引：6
波浪向近岸传播的过程中,由波浪破碎效应所产生的近岸波流场是近岸海域关键的水动力学因素之一.结合近岸波浪场的椭圆型缓坡方程和近岸波流场数学模型对近岸波浪场及由斜向入射波浪破碎后所形成的近岸波流场进行了数值模拟.计算中考虑到波浪向近岸传播中由于波浪的折射、绕射、反射等效应使局部复杂区域波向不易确定,采用结合椭圆型缓坡方程所给出的波浪辐射应力公式来计算波浪产生的辐射应力,在此基础上耦合椭圆型缓坡方程和近岸波流场数学模型对近岸波流场进行数值模拟,从而使模型综合考虑了波浪的折射、绕射、反射等效应且避免了对波向角的直接求解,可以应用于相对较复杂区域的近岸波流场模拟. 相似文献
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建立了波浪与大孔隙多孔介质相互作用的耦合数学模型,波浪域的控制方程为雷诺时均方程和k-ε紊流模型。对于计算域的入射波采用推板式造波,它可以是线性波、椭圆余弦波和孤立波。采用PLIC-VOF法追踪波浪自由表面。对于多孔介质内的孔隙流场采用非线性Forchheimer方程,两区域共享连续方程,最后导出的波浪域与孔隙流域的压力修正方程具有完全相同的形式,利用这个方程能够同时而不是分别求解波浪场和孔隙流场,避免了在内部边界上给定匹配条件,实现了波浪场与孔隙流场的同步耦合。波浪与粗颗粒海床、平底床面上抛石潜堤及斜坡上抛石潜堤相互作用的验证计算结果表明该模型可用于研究波浪与大孔隙多孔介质相互作用的问题。 相似文献
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为了说明波浪场中浓度输移扩散Stokes漂移效应的欧拉描述方法,采用欧拉方法推导了波浪场中波浪周期平均的浓度输移扩散方程,其对流项是由波浪速度的波动和物质浓度的波动相互作用而产生,所含的对流速度恰是Stokes漂移速度。由此说明,波浪场中浓度扩散问题的Stokes漂移效应可以自动的由欧拉法来考虑,所得到的Stokes漂移效应与拉格朗日描述的结果是等价的。为了进一步说明这一问题,将粒子追踪法的拉格朗日描述的Stokes漂移速度与欧拉法的结果进行了对比,二者是一致的。研究中也数值求解了线性波浪场中σ坐标下浓度扩散方程,将浓度的Stokes漂移、浓度分布和粒子追踪法的结果进行了对比,以证明欧拉描述和拉格朗日描述两种方法的等价性。研究中也根据实验结果对实际波浪场中Stokes漂移效应所引起的浓度漂移进行了讨论,解释了物理模型实验中的观察到的波浪场中浓度漂移现象。 相似文献
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为了研究波流共同荷载作用下开挖基槽附近海床动态响应和液化破坏情况，提出一个二维耦合计算模型，采用雷诺时均纳维-斯托克斯（RANS）方程描述波浪运动情况，通过设定侧边界条件实现稳定流场。海床部分通过求解Biot固结方程，得到波流荷载下海床中的应力和位移情况。将模型计算结果与水槽试验数据和解析解进行比较，验证了波流模型和海床模型的有效性。在此模型基础上，分析得到了开挖之后海床新的应力和固结状态。同时，通过参数分析得到了波流耦合情况下波浪形态的变化，以及海流对海床液化情况和孔压情况的影响。最后，通过线性回归计算得到最大液化深度与流速的拟合关系曲线。计算结果可用于判断基槽开挖后不规则海床的液化情况，对相关研究和实际工程具有一定参考意义。 相似文献
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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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《海洋学报》2021,(10)
本文基于2012年2月15日至5月8日的广东省茂名市附近海上铁塔实测数据,分析了海气边界层的湍流运动。结果证实,在涌浪条件下,协谱和Ogive曲线存在明显受涌浪影响的区域。本文进一步研究,发现浪致雷诺应力的正负符号变化与波龄相关,并给出了顺风向和侧风向浪致雷诺应力正负符号反转时波龄的统计分布。此外,本文基于协谱法提取了浪致雷诺应力τ_(swell),并与传统方法得到的浪致雷诺应力τ_(~*swell)做比较。结果表明,整体上τ_(swell)比τ_(~*swell)大2～3个量级,这意味着传统方法显著低估了涌浪的浪致雷诺应力,传统的浪致雷诺应力计算方法还有待改进。 相似文献
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本文基于2012年2月15日至5月8日的广东省茂名市附近海上铁塔实测数据,分析了海气边界层的湍流运动。结果证实,在涌浪条件下,协谱和Ogive曲线存在明显受涌浪影响的区域。本文进一步研究,发现浪致雷诺应力的正负符号变化与波龄相关,并给出了顺风向和侧风向浪致雷诺应力正负符号反转时波龄的统计分布。此外,本文基于协谱法提取了浪致雷诺应力τswell,并与传统方法得到的浪致雷诺应力τ*swell做比较。结果表明,整体上τswell比τ*swell大2～3个量级,这意味着传统方法显著低估了涌浪的浪致雷诺应力,传统的浪致雷诺应力计算方法还有待改进。 相似文献
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波浪破碎过程产生的湍流动量和能量垂向输运对于加快海洋上混合层中垂向混合具有显著效果。采用二维实验室水槽中对波浪破碎过程进行模拟。对采集的波浪振幅时间序列采用希尔伯特变换定位破碎波位置,波浪的破碎率随有效波高的增加而增大,波浪谱分析得到的波浪基本周期与有效周期结果相似。实验中采用粒子图像测速技术(particle image velocimetry, PIV)计算波浪破碎过程中湍动能耗散率的空间分布。湍流强度与波浪的相位密切相关,波峰位置处湍流活动最为剧烈,而且波峰位置处湍流混合区内湍动能耗散率量值的垂向分布基本保持不变,即出现"湍流饱和"现象,湍流影响深度可以达到波高的70%—90%。计算湍流扩散系数的垂向分布发现,湍流扩散在混合区上部随深度的增大以指数函数的形式增加,在混合区下部趋于稳定。作为对比,在相同位置处对声学多普勒流速测量仪(acoustic Doppler velocimeter, ADV)测量的单点流速做频谱分析,发现与该位置处PIV湍动能耗散率结果量级处于同一水平,进一步验证了实验结果的准确性。 相似文献
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潮流的流速分布和湍流切应力的分布密切相关。为了研究潮流湍流切应力的特征和变化规律,本文从潮流运动方程推导出随潮流呈周期性变化的湍流切应力随深度的分布表达式。从江苏近海现场实测流速剖面中计算得到一个潮周期内的湍流切应力的变化过程。通过将实测值与本文理论解的比较发现,计算值能很好地反映出实测值的变化特征,尤其是能正确地反映潮流在加速和减速过程中,湍流切应力偏离线性分布呈现上凹和下凹的现象,以及只有在加减速转换的时候切应力才呈现线性分布的特点。最后,通过分析湍流切应力振幅及相位沿水深的变化情况,认为反映潮流周期、涡粘性和水深之间关系的参数Ri是决定湍流切应力弯曲程度及分布形态的重要参数。对于近海潮流,水深是影响湍流切应力偏离线性程度的主要因素。 相似文献