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适于模拟不规则水域波浪的缓坡方程两种数值模型比较 总被引：1，自引：1，他引：0
本文分析比较了适于不规则水域波浪模拟的椭圆型缓坡方程两种数值模型。两种数值模型均采用有限体积法离散,分别基于四叉树网格和非结构化三角形网格建立。首先结合近岸缓坡地形上波浪传播的经典物理模型实验对两种数值模型分别进行了验证,并结合计算结果对比分析了两种模型的计算精度和效率。计算结果表明,两种数值模型均可有效地模拟近岸波浪的传播变形;相对非结构化三角形网格下的模型,基于四叉树网格建立的数值模型在数值离散和求解过程中无需引入形函数、不产生复杂的交叉项,离散简单,易于程序实现,且节约计算存储空间,计算效率高。 相似文献
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非结构化网格下近岸波生流数值模拟 总被引：5，自引：2，他引：3
波浪破碎产生的近岸流是近岸海域关键的水动力因素之一。基于近岸波浪的椭圆型缓坡方程和二维近岸波生流方程,建立了非结构化网格下近岸波浪破碎形成的近岸流数值模型。数值模型中,在空间上采用有限体积法进行数值离散,在时间上采用欧拉向前格式数值离散。数值计算结果表明,该数值模型可以有效地模拟近岸波浪破碎产生的近岸流。 相似文献
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四叉树网格下的椭圆型缓坡方程数值模型研究 总被引：1，自引：1，他引：0
波浪是近岸海域关键的水动力因素之一。考虑到近岸地形复杂、波浪演化显著的特点,建立了四叉树网格体系下的椭圆型缓坡方程数值模型,采用有限体积法对模型进行数值离散,应用GPBiCG(m, n)算法求解离散后的控制方程。模型中根据波浪波长布局计算网格,生成多层次四叉树网格,对复杂计算域有较好的适应性,并且在离散和方程求解中无需引入形函数、不产生复杂的交叉项,节约了存储空间和计算时间。将模型成功应用于物理模型实验及Acapulco海湾的波浪场数值模拟,结果表明该模型能够准确、高效地模拟近岸波浪场,可为近岸波浪场的模拟提供一定的理论和技术支持。 相似文献
4.
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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任意曲线边界条件下缓变水深水域波浪传播的数值模拟 总被引：3，自引：0，他引：3
缓坡方程被广泛地应用于描述波浪的传播变形计算,目前一般采用矩形网格求解.将计算域剖分为任意四边形网格,以格林公式为基础,在变量沿单元边界线性变化的假定下,对双曲型的波能守恒方程、波数矢无旋性方程进行离散,同时通过等参单元变换推求节点偏导数值以离散椭圆型光程函数方程,从而建立了任意曲线边界条件下缓变水深水域波浪传播的数值模拟模型.将模型应用于平行直线型等深线地形,并将计算域剖分为不规则四边形网格,对不同入射角、底坡、波高等多种组合情况比较了数值解与解析解,结果表明两者一致.应用于复杂边界的实例,数值模拟结果与物模实验值基本吻合. 相似文献
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缓坡方程是描述近岸波浪运动较好的数学模型之一。在发展的自适应有限元求解缓坡方程的基础上,采用迭代求解的方法,确定波浪相对于边界的入射方向,从而对边界条件进行改进,建立了求解缓坡方程的数值计算模型。典型算例表明,考虑波浪相对于边界的入射角度后,模型可以更好地模拟吸收波浪边界,同时对多向波对双突堤的绕射进行了模拟研究,与试验结果比较表明,所建立的数值计算模型能够适用于多向不规则波传播过程的模拟研究。 相似文献
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非结构化网格下大范围波生流模拟和应用 总被引：1，自引：0，他引：1
波浪破碎引起的沿岸流是近岸海域的关键水动力因素。利用基于缓坡方程得到的光程函数方程和波作用守恒方程建立了考虑绕射效应的大范围波浪传播模型,模型可以考虑流场的影响;将波浪模型计算得到的辐射应力、波浪紊动系数等参数添加到三维水动力模型中,得到大范围近岸波生流的计算模型。模型中流场和波浪可以共用计算网格,且可同步耦合计算;模型基于非结构化网格,可以拟合复杂岸线的变化。模型对波生沿岸流、环流和逆流进行了验证,同时对实际海域的波生流进行了计算,结果表明:该模型对近岸波浪破碎引起的波生流具有很好的精度和适用性,可用于实际工程的计算。 相似文献
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在曲线坐标系下,建立了缓变水深水域波浪传播的数值模拟模型.模型适宜于复杂变化的边界形状,克服了各种代数坐标变换的局限性.在建立模型时,将原始的椭圆型缓坡方程的近似型式——依赖时间变化的抛物型方程,作为控制方程,既克服了一般抛物近似方法的缺点,又便利了方程的求解;从开边界条件、不同反射特性的固壁边界条件相统一的表达式出发,对边界条件进行处理;用ADI法数值求解控制方程.对模型的验证表明,数值解与物模实验值吻合良好,模型对于具有复杂边界的工程实际有较强的适应性. 相似文献
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建立了求解一维全非线性Green-Naghdi水波方程的中心有限体积/有限差分混合数值格式。采用结构化网格对守恒形式的控制方程进行离散和积分,界面数值通量采用有限体积法计算,剩余项则采用中心有限差分格式求解。其中,采用中心迎风有限体积格式计算控制体界面数值通量,并结合界面变量的线性重构方法,使其在空间上具有四阶精度,通过引入静压重构技术和波浪破碎指标使模型具备处理海岸水-陆动边界及波浪破碎的能力。时间积分则采用具有总时间变差减小(Total Variation Diminishing,TVD)性质的三阶龙格-库塔法进行。应用该模型对孤立波在常水深和斜坡海岸上的传播过程及规则波跨越潜堤传播的实验进行了数值模型研究,数值计算同解析解及实验数据吻合良好。 相似文献
10.
文章基于Delaunay三角化的思想实现了非结构化数值网格生成技术，并LOP(Local Optimization Procedure)算法对网格进行了优化。用有限体积法在非结构三角形网格上对平面二维潮流方程进行了数值求解。实例应用分析表明，文中的数值网格生成技术和有限体积方法相结合用于求解具有复杂几何边界区域内的潮流问题能取得很好的结果。 相似文献
11.
on the evolution equation for water waves,a mathematical model for wave propagation in large mild-slope areas is derived.The model is solved by the finite difference method with the staggered grid system.The computational results are in good agreement with experimental data and show that the model can obtain better results with relatively coarser grids.The model can be used to simulate water wave propagation in large coastal areas and can be efficiently solved without much programming effort. 相似文献
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《Coastal Engineering》2005,52(6):513-533
Using the perturbation method, a time dependent parabolic equation is developed based on the elliptic mild slope equation with dissipation term. With the time dependent parabolic equation employed as the governing equation, a numerical model for wave propagation including dissipation term in water of slowly varying topography is presented in curvilinear coordinates. In the model, the self-adaptive grid generation method is employed to generate a boundary-fitted and varying spacing mesh. The numerical tests show that the effects of dissipation term should be taken into account if the distance of wave propagation is large, and that the outgoing boundary conditions can be treated more effectively by introduction of the dissipation term into the numerical model. The numerical model is able to give good results of simulating wave propagation for waters of complicatedly boundaries and effectively predict physical processes of wave propagation. Moreover, the errors of the analytical solution deduced by Kirby et al. (1994) [Kirby, J.T., Dalrymple, R.A., Kabu, H., 1994. Parabolic approximation for water waves in conformal coordinate systems. Coastal Engineering 23, 185–213.] from the small-angle parabolic approximation of the mild-slope equation for the case of waves between diverging breakwaters in a polar coordinate system are corrected. 相似文献
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A numerical model for coastal water wave motion that includes an effective method for treatment of non-reflecting boundaries is presented. The second-order one-way wave equation to approximate the non-reflecting boundary condition is found to be excellent and it ensures a very low level of reflection for waves approaching the boundary at a fairly wide range of the incidence angle. If the Newman approximation is adopted, the resulting boundary condition has a unique property to allow the free propagation of wave components along the boundary. The study is also based on a newly derived mild-slope wave equation system that can be easily made compatible to the one-way wave equation. The equation system is theoretically more accurate than the previous equations in terms of the mild-slope assumption. The finite difference method defined on a staggered grid is employed to solve the basic equations and to implement the non-reflecting boundary condition. For verification, the numerical model is then applied to three coastal water wave problems including the classical problem of plane wave diffraction by a vertical circular cylinder, the problem of combined wave diffraction and refraction over a submerged hump in the open sea, and the wave deformation around a detached breakwater. In all cases, the numerical results are demonstrated to agree very well with the relevant analytical solutions or with experimental data. It is thus concluded that the numerical model proposed in this study is effective and advantageous. 相似文献
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The mild-slope equation is familiar to coastal engineers as it can effectively describe wave propagation in nearshore regions. However,its computational method in Cartesian coordinates often renders the model inaccurate in areas with irregular shorelines,such as estuaries and harbors. Based on the hyperbolic mild-slope equation in Cartesian coordinates,the numerical model in orthogonal curvilinear coordinates is developed. The transformed model is discretized by the finite difference method and solved by th... 相似文献