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相似文献
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1.
非结构化网格下椭圆型缓坡方程的数值求解   总被引:4,自引:4,他引:0       下载免费PDF全文
魏美芳  唐军  沈永明 《海洋学报》2009,31(2):159-164
椭圆型缓坡方程是一种用线性波浪理论研究近岸波浪传播变形的有效波浪数学模型。非结构化网格下的有限容积法不仅对复杂边界的适应性好,还能保证迭代求解过程的守恒性。建立了非结构化网格下的椭圆型缓坡方程数值模型。在模型中采用非结构化网格下的有限容积法对椭圆型缓坡方程进行了数值离散,结合GPBiCG(m,n)算法求解离散方程。数值计算结果表明,该数值模型可有效地用于模拟近岸缓坡区域复杂边界下波浪的传播。  相似文献   

2.
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   

3.
波浪增减水的实用数学模型及其数值模拟   总被引:5,自引:2,他引:3  
提出了一种模拟近岸区波浪增减水的实用数学模型.首先采用考虑波能损失的抛物型缓坡方程数值模拟波浪破碎引起的波浪复振幅变化,接着根据计算得到的波浪复振幅,采用一种新的辐射应力公式计算辐射应力分量,然后采用深度平均方程计算波浪破碎产生的增减水.采用该模型对规则波和不规则波破碎引起的增减水进行了数值模拟,数值模拟结果与实验结果吻合良好,表明该模型可有效模拟近岸区由于波浪破碎引起的增减水.  相似文献   

4.
结合椭圆型缓坡方程模拟近岸波流场   总被引:9,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   

5.
多方向不规则波传播变形数值模拟   总被引:2,自引:1,他引:1  
在推广的缓坡方程数学模型基础上建立了多方向不规则波数学模型,综合考虑了波浪折射、绕射、反射、底摩擦和风能输入等因素。基于线性波浪理论,将波浪方向谱在频率和方向上按等能量分割法离散后,分别计算各组成波的传播变形,再计算合成波要素。缓坡方程数学模型采用改进的ADI法求解,计算效率高,稳定性好。采用椭圆形浅滩不规则波模型试验结果和单突堤不规则波绕射理论解对数学模型进行了验证,数值模拟结果和试验值及理论解符合良好。利用该模型进行了某港港内波浪折射、绕射和反射的联合数值模拟,给出了合理的港内波高分布。  相似文献   

6.
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   

7.
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  
唐军  魏美芳 《海洋学报》2010,32(6):41-46
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   

8.
大尺度圆柱墩群周围的波流场的数值模拟   总被引:5,自引:0,他引:5  
本文对波流共同作用下大尺度圆柱墩群周围的波流场进行了数值研究。利用波浪弥散关系的迭代计算求得波向与流向的夹角以及波浪的相对频率。流场通过求解浅水环流方程得到,波浪场通过求解含流的缓坡方程得到,通过二者的迭代计算得到大尺度圆柱墩群周围的波流场的耦合解。用有限元法建立了数值模型,并将本文的计算数据与试验数据以及其他学者计算数据进行了比较,结果较为合理。  相似文献   

9.
波浪谱形对不规则波数值模拟的影响   总被引:1,自引:0,他引:1  
通过数值模拟分析了波浪谱形对不规则波浪数值模拟结果的影响.采用不同参数的JONSWAP谱模拟入射波要素,基于抛物型缓坡方程模拟不规则波浪的传播,分析了波浪谱形状对波浪数值模拟结果的影响.结果表明,采用抛物型缓坡方程模拟不规则波浪时,入射波浪谱形对模拟结果影响不明显;但由于模型中非线性项的影响,采用不规则波模拟的波高分布和采用规则波模拟的结果略有差别.  相似文献   

10.
椭圆型缓坡方程的一个有效的有限元解   总被引:7,自引:0,他引:7  
赵明  滕斌 《海洋学报》2002,24(1):117-123
将海绵层消波的方法用于有限元方法中,提出了缓坡方程的一种有效的有限元求解方法.在应用有限元法求解椭圆型缓坡方程时,通过在方程中加摩阻项,并在入射边界(波浪由此边界进入计算域)处使用不连续单元,将绕射势从总势中分离出来,在边界上利用海绵层进行消波处理,有效地消除了由于引用放射边界条件引起的误差和数值反射现象.  相似文献   

11.
The main objective of this paper is to examine the influences of both the principal wave direction and the directional spreading parameter of the wave energy on the wave height evolution of multidirectional irregular waves over an impermeable sloping bottom and to propose an improved wave height distribution model based on an existing classical formula. The numerical model FUNWAVE 2.0, based on a fully nonlinear Boussinesq equation, is employed to simulate the propagation of multidirectional irregular waves over the sloping bottom. Comparisons of wave heights derived from wave trains with various principal wave directions and different directional spreading parameters are conducted. Results show that both the principal wave direction and the wave directional spread have significant influences on the wave height evolution on a varying coastal topography. The shoaling effect for the wave height is obviously weakened with the increase of the principal wave direction and with the decrease of the directional spreading parameter. With the simulated data, the classical Klopman wave height distribution model is improved by considering the influences of both factors. It is found that the improved model performs better in describing the wave height distribution for the multidirectional irregular waves in shallow water.  相似文献   

12.
基于高阶边界元的三维数值波浪港池--波浪破碎的模拟   总被引:5,自引:1,他引:4  
在势流理论的框架内,采用高阶边界元方法和混合欧拉-拉格朗日法,实现了对三维波浪破碎过程的数值模拟.数值模型使用可调节时间步长的基于二阶显式泰勒展开的混合欧拉-拉格郎日时间步进来求解自由表面的演化过程.在所使用的边界元方法中,采用16节点三次滑移四边形单元来表示,这种单元在单元内具有高阶的精度同时在单元之间具有良好的连续性.给出了孤立波的传播和周期性非线性波浪沿缓坡传播的计算结果,表明数值模型具有良好的稳定性.  相似文献   

13.
应用基于势流理论的时域高阶边界元方法,建立一个完全非线性的三维数值波浪水槽,通过实时模拟推板造波运动的方式产生波浪。通过混合欧拉-拉格朗日方法和四阶Runge-Kutta方法更新自由水面和造波板的瞬时位置。利用所建模型分别模拟了有限水深波和浅水波,与试验结果、相关文献结果和浅水理论结果吻合较好,且波浪能够稳定传播。系统地讨论造波板的运动圆频率、振幅和水深等对波浪传播和波浪特性的影响,并对波浪的非线性特性进行分析,研究发现造波板运动频率、运动振幅以及水深均将对波浪形态和波浪非线性产生显著影响。结果为真实水槽造波机的运动控制以及波浪生成试验提供了依据,便于实验室设置更合理的参数来准确模拟不同条件下的波浪。  相似文献   

14.
Real waves are multidirectional waves.In the present study,the calculation method for the wave maker driving signals for generating multidirectional wave groups in physical wave basin is proposed.Its validity is first confirmed by a numerical model for which the incident boundary condition is determined by use of the proposed method.Then,the physical simulation of multidirectional wave groups is performed in laboratory wave basin.The experimental results show that multidirectional waves with expected wave groupiness,which includes not only its group height but also its group length,can be satisfactorily generated at the specified position in the physical wave basin.  相似文献   

15.
基于高阶边界元的三维数值波浪港池   总被引:9,自引:1,他引:8  
初步建立了一个基于高阶边界元的三维数值波浪港池,港池具有造波和消波功能。采用高阶边界元16节点四边形单元和基于二阶显式泰勒展开的混合欧拉-拉格朗日时间步进求解带自由表面的完全非线性势流方程。模型中对于影响数值精度的问题作了细致的处理。数值计算结果表明本港池可以用来模拟非线性波浪的传播,具有很高的数值精度和稳定性。  相似文献   

16.
港域波浪数学模型的改进与验证   总被引:2,自引:0,他引:2  
通过物理模型对改进的港内波浪传播变形数学模型进行验证。该数学模型以推广的时变缓坡方程为控制方程,采用含松弛因子的ADI法求解,并对波浪反射和透射边界模拟方法进行改进。先通过物理模型试验确定斜向浪入射条件下抛石防波堤前的波浪反射系数,作为数学模型中部分反射边界模拟的依据。然后进行了一个典型港口内波浪折射、绕射和反射的模型试验,测量港内波浪分布。对比模型试验和数学模型计算的结果表明,数学模型可较好地模拟港内复杂地形和边界条件下规则波和不规则波的传播变形。  相似文献   

17.
A numerical model for wave propagation in a harbour is verified by use of physical models.The extended time-dependent mild slope equation is employed as the governing equation,and the model is solved by use of ADI method containing the relaxation factor.Firstly,the reflection coefficient of waves in front of rubble-mound breakwaters under oblique incident waves is determined through physical model tests,and it is regarded as the basis for simulating partial reflection boundaries of the numerical model.Then model tests on refraction,diffraction and reflection of waves in a harbour are performed to measure wave height distribution.Comparative results between physical and numerical model tests show that the present numerical model can satisfactorily simulate the propagation of regular and irregular waves in a harbour with complex topography and boundary conditions.  相似文献   

18.
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   

19.
In this paper,a numerical model is developed based on the High Order Spectral(HOS) method with a non-periodic boundary.A wave maker boundary condition is introduced to simulate wave generation at the incident boundary in the HOS method.Based on the numerical model,the effects of wave parameters,such as the assumed focused amplitude,the central frequency,the frequency bandwidth,the wave amplitude distribution and the directional spreading on the surface elevation of the focused wave,the maximum generated wave crest,and the shifting of the focusing point,are numerically investigated.Especially,the effects of the wave directionality on the focused wave properties are emphasized.The numerical results show that the shifting of the focusing point and the maximum crest of the wave group are dependent on the amplitude of the focused wave,the central frequency,and the wave amplitude distribution type.The wave directionality has a definite effect on multidirectional focused waves.Generally,it can even out the difference between the simulated wave amplitude and the amplitude expected from theory and reduce the shifting of the focusing points,implying that the higher order interaction has an influence on wave focusing,especially for 2D wave.In 3D wave groups,a broader directional spreading weakens the higher nonlinear interactions.  相似文献   

20.
Zhang  Hao-chen  Liu  Shu-xue  Li  Jin-xuan  Wang  Lei 《中国海洋工程》2019,33(2):160-171
With growing computational power, the first-order wave-maker theory has become well established and is widely used for numerical wave flumes. However, existing numerical models based on the first-order wave-maker theory lose accuracy as nonlinear effects become prominent. Because spurious harmonic waves and primary waves have different propagation velocities, waves simulated by using the first-order wave-maker theory have an unstable wave profile. In this paper, a numerical wave flume with a piston-type wave-maker based on the second-order wave-maker theory has been established. Dynamic mesh technique was developed. The boundary treatment for irregular wave simulation was specially dealt with. Comparisons of the free-surface elevations using the first-order and second-order wave-maker theory prove that second-order wave-maker theory can generate stable wave profiles in both the spatial and time domains. Harmonic analysis and spectral analysis were used to prove the superiority of the second-order wave-maker theory from other two aspects. To simulate irregular waves, the numerical flume was improved to solve the problem of the water depth variation due to low-frequency motion of the wave board. In summary, the new numerical flume using the second-order wave-maker theory can guarantee the accuracy of waves by adding an extra motion of the wave board. The boundary treatment method can provide a reference for the improvement of nonlinear numerical flume.  相似文献   

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