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为了研究真实海洋表面马蹄波的波形特征,通过物理模型试验研究了马蹄波的波形特征参数。研究中通过引入满足共振条件的扰动波成功在试验室内产生了马蹄波,测量和分析了马蹄波的波面升高和水平弧形波峰的几何特征,定义了新的垂向几何参数和水平几何特征参数,给出了不同水深情况下的这些参数的结果,得出了水深对马蹄波几何形态的影响。理论分析了马蹄波的横向结果,并与试验测量结果和弧形处理结果进行了对比。结果表明,马蹄波波形受水深影响较大;水深越浅,马蹄波的波面形状越接近椭圆余弦波,横向波长也越大。 相似文献
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基于Longuest-Higgins(1963)非线性海浪模型,在有限水深且存在均匀背景流的条件下,根据Song(2006)给出的波面位移二阶表达式,采用Combi海浪频谱计算了海表面定点波面位移时间序列和波面位移概率统计分布。分析了波面位移统计分布随风速、水深、反波龄和均匀背景流的变化特征和规律以及不同海况条件下二阶非线性项对波面位移统计分布的影响。结果表明:二阶非线性项使波面位移分布偏离正态分布,二阶非线性作用受风速、水深、反波龄和均匀背景流的影响。风速增大、水深降低、反波龄减小或者均匀背景流和风速传播方向相反均使波面位移二阶非线性项的作用加强,无因次波面位移概率密度分布的偏度和峰度随之增大,反之则二阶非线性项作用减弱。当均匀背景流和风速相同时,虽然使非线性项的作用减弱,但平均波面位移反而比静止水平面降低。当均匀背景流和风速相反时,虽然使非线性作用增强,但平均波面位移反而趋于静止水平面。得到如下结论:二阶非线性项对于波面位移有显著影响,数值模拟波面位移需要增加二阶非线性项。通过以上研究,提高了数值模拟波面位移的准确性,而波面位移是海浪最基本的特征量,从而增强了海浪模拟和预报的准确性,对海洋工程、海–气相互作用、上层海洋动力学等具有重要意义。 相似文献
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本文对内孤立波作用下圆柱体的水动力特性进行了数值研究。对不同直径、不同水深比、不同浸没深度的圆柱进行了水平方向受力分析,从多个因素出发,研究了内孤立波对水下竖直圆柱的水平作用情况。通过分析水平作用力和力矩的时程曲线,得到内孤立波行进过程中对于圆柱体的横向作用力和力矩与时间的关系。通过对比不同工况下内孤立波横向作用力幅值,得到内孤立波作用力幅值与圆柱直径、水深比以及浸没深度的关系。结果表明,内孤立波横向作用力(力矩)幅值与圆柱直径呈线性相关关系,但与水深比相关关系不明显,随着圆柱浸没深度的增加,内孤立波横向作用力幅值呈现出先增大后减小的趋势。 相似文献
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实验室中椭圆余弦波的产生 总被引：1，自引：0，他引：1
波浪从深水传入浅水后,波面形状发生了变化,波峰变陡,波谷变平,呈现出非线性波的特征,当波长与水深之比大于8时,这种波形用椭圆余弦波来描述是比较合适的.目前,非线性浅水波对近岸建筑物的作用已引起许多学者的兴趣,开展了这方面的研究,如椭圆余弦波对墩柱的作用力.因此,实验研究浅水波对建筑物的作用是必不可少的手段之一,这就提出了如何在实验室中产生波高较大、非线性较强的波浪.人们在实验中早就发现,在波浪槽中产生浅水非线性波是十分困难的.按正弦曲线运动的推板产生的波面有明显的次峰,而且作者还注意到,若波高大于0.45倍水深,产生的波浪不稳定或破碎.造成这些问题的原因之一是推板运动速度与水质点运动速度不一致. 相似文献
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海啸波传播的线性和非线性特征及近海陆架效应影响的数值研究 总被引：3，自引：2，他引：1
浅水方程被广泛应用于海啸预警报业务及研究,而针对线性浅水方程与非线性浅水方程在不同海区水深地形条件下的适用范围、计算效率问题是海啸研究人员急需了解的。本文应用基于浅水方程的海啸数值预报模型就海啸波在南海、东海传播的线性、非线性特征以及陆架对其传播之影响进行了数值分析研究。海啸波在深水的传播表征为强线性特征,此时线性系统对海啸波幅的模拟计算具有较高的精度和效率,而弱的非线性特征及弱的色散特征对海啸波幅的预报影响甚微,可以忽略不计。海啸波传播至浅水大陆架后受海底坡度变化、海底粗糙度等因素影响,波动的非线性效应迅速传播、积累,与线性浅水方程计算的海啸波相比表现出较大差异,主要表现为:在南海区,水深小于100m时,海啸波首波以后的系列波动非线性特征比较明显,两者波幅差别较大,但首波波幅的区别不大,因此对于该区域在不考虑海啸爬高的情况下,应用线性系统计算得到的海啸波幅也可满足海啸预警报的要求;在东海区由于陆架影响,海啸波非线性特征明显增强,水深小于100m区域,首波及其后系列波波幅均差异较大,故在该区域必须考虑海啸波非线性作用。本文就底摩擦项对海啸波首波波幅的影响进行了数值对比分析,结果表明:底摩擦作用对海啸波首波波幅影响仅作用于小于100m水深。最后,该文通过敏感性试验,初步分析了陆架宽度及陆架边缘深度对海啸波波幅的影响,得出海啸波经陆架传播共振、变形后,海啸波幅的放大或减小与陆架的宽度及陆架边缘水深有关。 相似文献
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利用完全非线性数值波浪水槽技术研究水下平板与波浪的相互作用。假定水下平板厚度极薄、刚性,位于有限水深并且非常接近自由水面。应用四阶龙格库塔方法追踪每一时刻的波面形状,采用阻尼层来吸收反射波以保证算法的稳定性,同时引入平滑和重组的方法抑制自由表面控制点的较高梯度。通过对波浪与浮动圆柱相互作用的数值模拟证实了数值波浪水槽方法的有效性,计算结果与线性理论吻合良好。在波浪数值水槽方法中引入造波板模拟波浪产生并与水下平板发生相互作用,应用傅立叶解析方法对波面变形、波浪力作了分析。结果表明在板非常接近自由水面的情况下会表现出现很强的非线性,揭示了线性理论的局限性。 相似文献
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畸形波波形与其所处海况特征密切相关。在线性、窄谱假定下,最可能出现的畸形波波形服从“新波”理论,即最大波位于波群中间且其前后相邻波浪对称。然而,实际海浪谱通常是包含多种频率成分的宽谱。目前对实测畸形波及其附近波面形态特征仍缺乏系统认知,对其影响因素尚不明确。本文基于挪威海气象观测站共112个畸形波序列,分析实测畸形波波形及影响因素。研究表明,只有52%的畸形波在波群中间,其余畸形波在波群前侧的概率更高。此外,畸形波前后相邻波浪并不完全对称,其中位于后侧的波幅普遍更大。通过定量分析实测畸形波的平均波形与“新波”理论结果,发现谱宽是影响畸形波波形的关键参数。随谱宽增加,畸形波的平均波形与“新波”理论得到的波面序列误差呈指数增加。 相似文献
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实验室一般采用波浪聚焦方法生成深水破碎波,通过各组分波浪的波幅叠加生成一个波高显著增大的大波,使其波陡超过极限波陡发生破碎。利用该方法生成深水破碎波浪的破碎次数通常并不唯一,导致波浪破碎后的流场特征不明显;造波参数不易于选取导致研究工况的设置难度大,直接影响深水破碎精细化实验的效果和效率。本文采用聚焦波理论计算波面,并利用上跨零点法定义的波高和波长计算理论波陡,结合物理模型实验统计波浪沿程破碎次数与剧烈程度,研究以JONSWAP谱为造波输入谱型时,聚焦波幅、谱峰频率、频宽等造波输入参数对于波浪破碎情况的影响,从而建立深水波浪破碎次数与造波输入参数之间的近似定量关系,为实验造波参数的选取提供参考,提高实验效率。 相似文献
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越浪式发电装置具有结构稳定、可靠性高等优点。在前人的研究基础上,对越浪式波能发电装置的模型进行了优化设计,通过模型实验研究了该波能发电装置在不同波况、不同干舷高度下对波能的俘获能力以及结构的受力情况。对越浪量的试验结果进行了无量纲分析,分别得出了越浪式模型装置的越浪量关于干舷高度和波高的指数函数拟合曲线,总结了两者对越浪量影响的普遍规律。通过对规则波和不规则波波浪作用下装置受力结果的归纳总结,探讨了波能装置波压力和浮托力变化的一般规律。本研究可为越浪式波能发电装置的研究提供参考依据,为波浪能的利用提供一定的参考价值。 相似文献
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阐述以实测或拟合海浪谱为靶谱，用等能量分割法作波面数值模拟，从而利用模拟波面统计分析波高（Ｈ）－周期（Ｔ）联合分布。对波候的Ｈ－Ｔ联合分布、长时段海浪连续记录的Ｈ－Ｔ联合分布以及风浪、涌浪和混合浪的Ｈ－Ｔ联合分布进行了讨论。结果表明，只要已知特征波高和周期，就可反演出模拟波面，进而估测Ｈ－Ｔ联合分布情况，这对了解与各种特征波高对应的周期问题及在海洋工程应用上有一定的参考意义。 相似文献
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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
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Recent progress in formulating Boussinesq-type equations includes improved features of linear dispersion and higher-order nonlinearity. Nonlinear characteristics of these equations have been previously analysed on the assumption of weak nonlinearity, being therefore limited to moderate wave height. The present work addresses this aspect for an important class of wave problems, namely, regular waves of permanent form on a constant depth. Using a numerical procedure which is valid up to the maximum wave height, permanent-form waves admitted by three sets of advanced Boussinesq-type equations are analysed. Further, the characteristics of each set of the Boussinesq-type equations are discussed in the light of those from the potential theory satisfying the exact free-surface conditions. Phase velocity, amplitude dispersion, harmonic amplitudes (namely, second and third) and skewness of surface profile are shown over a two-parameter space of frequency and wave height. 相似文献
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Crescent waves often observed on the sea surface are unusual wave pattern induced by the instability of Stokes wave. The paper presents the experimental results of the wave field around a circular cylinder generated by the diffraction of crescent wave in order to examine the difference of diffracted crescent waves from the commonly-used diffracted Stokes waves. The results show that with the existence of the cylinder, the crescent wave pattern can still get fully developed, and with the presence of this type of wave pattern, the symmetry breaking of the wave amplitude distribution occurs and there are extra wave components at the frequencies of 0.5ω0, 1.5ω0 and 2.5ω0 (ω0 is the frequency of Stokes waves) appearing in the wave amplitude spectrum. 相似文献
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Physical Investigation of Directional Wave Focusing and Breaking Waves in Wave Basin 总被引：3，自引：1，他引：3
An experimental scheme for the generation of directional focusing waves in a wave basin is established in this paper. The effects of the directional range, frequency width and center frequency on the wave focusing are studied. The distrihution of maximum amplitude and the evolution of time series and spectra during wave packet propagation and the variation of water surface parameters are extensively investigated. The results reveal that the characteristics of focusing waves are significantly influenced hy wave directionality and that that breaking criteria for directional waves are distinctly different from those for unidirectional waves. 相似文献
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内孤立波浅化破碎过程斜坡沉积物孔压响应特征实验分析 总被引：2，自引：2，他引：0
观测资料显示内孤立波沿斜坡浅化过程对海底沉积物的作用犹如一台水中吸尘器，在破碎转换阶段达到最强，甚至会触发一系列地质活动，引发地质灾害。为界定此过程中沉积物的动力响应特征和影响因素，在大型重力式分层流水槽中模拟不同振幅内孤立波和不同类型沉积物斜坡连续作用过程，利用孔隙水压力采集系统实时记录孔隙水压力变化，对比分析不同水动力、坡度、沉积物类型情况下沉积物中超孔压变化特征。分析结果表明，内孤立波破碎过程，破波位置海床表层波压力和不同深度超孔隙水压力都存在相似的"U"型负压力变化过程；破碎波经过位置沉积物表现为和表面波压力正相关的孔压响应特征。破碎点沉积物中超孔压幅值随深度减小，约在6%波长深度位置减少到坡面压力的50%。超孔压幅值和内孤立波振幅、沉积物类型和斜坡度密切相关，坡度由0.071变化到0.160时，波压力幅值可增大至1.6倍。内孤立波振幅变化不影响不同类型海床土动力响应规律，只与超孔隙水压力值大小有关，内孤立波对海床的动力作用可认为弹性作用。 相似文献
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海南东方岸外海底沙波活动性研究 总被引：5，自引：0，他引：5
对海南东方岸外 2 0～ 50 m水深海底沙波形成的动力环境、形态特征、剖面结构及其分布特征进行了描述和分析。根据环境参数 ,对其活动性进行了计算 ,并将计算结果与发育环境相类似的 Surtainville沙波进行了类比。认为研究区沙波主要系在潮流作用下形成。研究区沙波迁移速率为每年数米。东区 (水深 2 0～ 40 m)是沙波发育的主体 ,受落潮流作用 ,沙波自北向南迁移 ;西区 (水深 36～ 52 m)沙波受涨潮流控制自南向北迁移 ;中区为过渡区 ,沙波相对稳定 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