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1.
基于实验室水槽实验,研究了内孤立波在海底山脊地形存在下的破碎过程。实验设置了两层流体的分层环境,定量地控制了上下层水体厚度及密度,使用不同高度的高斯地形模拟实际的海山作用,讨论了不同高度地形作用下内孤立波破碎过程的异同。实验结果表明,内孤立波的破碎过程中由于逆压梯度的存在,在地形处发生边界层分离,产生了底边界层反向射流和涡脱落现象,计算了内孤立波破碎过程中产生的底部切应力的分布。本文通过实验模拟了内孤立波再海山作用下的破碎过程,进一步探究了海山对内孤立波破碎的影响和底部切应力的作用,对于研究自然界中海洋内孤立波在海山区域的破碎现象有参考价值。 相似文献
2.
本文通过实验室水槽实验,讨论内孤立波经过凹陷地形的演化过程。实验在两层流体中进行,上下水层的厚度和密度被定量地控制,改变凹陷地形的宽度,并对每种地形分别进行了不同分层结构下具有不同初始振幅的内孤立波对照实验,研究内孤立波与凹陷地形的作用过程。研究发现,本文实验环境下凹型内孤立波实验波形与mKdV(Korteweg-deVries)理论波形更符合;而上凸型内孤立波实验,当非线性参数ε≤0.22时,KdV理论波形与实验波形符合较好,当非线性参数ε≥0.27时.mKdV理论与实验波形符合较好。下凹型内孤立波经凹陷地形过程中波形变化轻微,主波振幅有先减小后增大的趋势,且障碍比越大,变化趋势越明显。本实验结果可作为研究海洋中内孤立波与海底凹陷地形作用情况的参考。 相似文献
3.
《中国海洋大学学报(自然科学版)》2016,(10)
本文选用RNGk-ε湍流模型封闭二维不可压缩N-S方程组,选用KdV、mKdV理论作为输入条件进行内孤立波造波模拟。运用流体模拟软件Fluent建立二维内波数值水槽,用动网格手段实现网格变形模拟物理边界造波法,用VOF方法进行密度分层流体的内界面追踪,对不同非线性强度的二相流内孤立波进行了数值模拟。并将数值模拟结果与KdV、mKdV理论波形以及内波试验水槽所造内孤立波进行对比,验证了此套造波方法在Fluent中进行内孤立波模拟的可行性。 相似文献
4.
内波破碎引起的能量耗散和混合是海洋内部的重要物理过程。通过在二维内波水槽进行实验室实验,分析内波与地形的作用,探究内孤立波与平顶海山地形作用时波要素、能量以及湍耗散率的时空变化。本实验利用重力塌陷法在两层流体中制造第一模态内孤立波,通过粒子图像测速技术(particle image velocimetry, PIV)获得内孤立波与地形作用时的流场结构,定量分析整个作用过程。结果表明,地形会改变波形甚至引起破碎,内波与地形作用时,振幅和能量密度会在内孤立波爬坡时迅速增大,在地形前缘产生强烈能量耗散。入射波的能量与塌陷高度呈二次函数关系,透射波能量随地形升高减小,反射波能量随地形升高增大。地形前缘局地湍耗散率极值时间序列在部分实验中呈双峰结构,对应内孤立波界面处剪切加强引起湍流耗散和波后缘翻转破碎。破碎引起的地形前缘区域平均湍耗散率量级在10~(-5)m~2/s~3,局地湍耗散率极值与入射波振幅呈指数关系,所有实验中局地湍耗散率的最大值接近10~(-3) m~2/s~3量级。 相似文献
5.
为研究内孤立波质量源数值造波方法,本文采用两个点源形式的质量源,分别放置于两层流体的上下层中作为内孤立波激发源。推导源项表达式,从不可压缩流体的Navier-Stokes方程出发,结合内孤立波Kd V、e Kd V理论,基于商业软件FLUENT发展了一种内孤立波质量源数值造波方法。通过数值模拟,分析了质量源造波过程中内孤立波的生成过程,并将数值模拟结果同理论及实验作对比。结果表明:基于此方法生成的内孤立波波形、波高及波致水平速度与理论及实验吻合度较好,该方法是可行的,并且耗时短、效率高。 相似文献
6.
基于有限深两层流体KdV(Korteweg-de Vries)、eKdV(extended KdV)和MCC(Miyata-Choi-Camassa)理论,以内孤立波诱导上下层深度平均水平速度为入口边界条件,采用理想流体完全非线性欧拉方程,建立了两层流体中内孤立波生成的CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟方法。以系列数值模拟结果为依据,结合内孤立波非线性和色散参数的组合条件,给出了选择合适内孤立波理论解作为CFD数值模拟入口边界条件的方法,从而实现了振幅与波形可控的内孤立波完全非线性数值模拟。 相似文献
7.
采用理论研究和试验研究相结合的方法,对两层流体中内孤立波对不同水深竖直圆柱体水平作用力进行了分析。采用重力塌陷法进行内孤立波造波试验,通过PIV(Particle Image Velocimetry)技术获取内孤立波波剖面的时间序列,利用测力系统对竖直圆柱体在内孤立波作用下的受力进行测量。通过内孤立波波剖面试验分析,选取合适的内孤立波理论并对竖直圆柱体所受内孤立波作用力进行计算,将计算结果与试验结果进行汇总分析。结果表明:上层流体中圆柱体所受内孤立波最大水平作用力明显大于下层流体中各段圆柱体,且方向相反;随着内孤立波振幅的增大,各段圆柱体所受内孤立波最大水平作用力也相应地增大;密度跃层处圆柱体所受水平作用力具有相较于其他位置处更为复杂的变化趋势;选用合适的内孤立波理论进行计算能够较好的模拟竖直圆柱体的实际水平受力。 相似文献
8.
张力腿平台内孤立波作用特性数值模拟 总被引：1，自引：1，他引：0
依据三类内孤立波理论KdV、eK dV和MCC的适用性条件,采用Navier-Stokes方程为流场控制方程,以内孤立波诱导上下层深度平均水平速度作为入口边界条件,建立了两层流体中内孤立波对张力腿平台强非线性作用的数值模拟方法。结果表明,数值模拟所得内孤立波波形及其振幅与相应理论和实验结果一致,并且在内孤立波作用下张力腿平台水平力、垂向力及力矩数值模拟结果与实验结果吻合。研究同时表明,张力腿平台内孤立波载荷由波浪压差力、粘性压差力和摩擦力构成,其中摩擦力很小,可以忽略;水平力的主要成分为波浪压差力和粘性压差力,粘性压差力与波浪压差力相比较小却不可忽略,流体粘性的影响较小;垂向力中粘性压差力很小,流体粘性影响可以忽略。 相似文献
9.
基于MCC理论的内孤立波数值模拟 总被引：3，自引：0，他引：3
基于MCC(Miyata-Choi-Camassa)理论,将内孤立波诱导上下层深度平均水平速度为入口条件,结合理想流体完全非线性欧拉方程,建立了两层流体中内孤立波生成与传播的CFD(Computational Fluid Dynamics)数值水槽方法。在系列数值模拟基础上,获得了内孤立波设计振幅与数值模拟振幅之间的相关关系,实现了在振幅可控条件下的内孤立波数值模拟。结果表明,在极限振幅范围内,数值模拟所得内孤立波波形均与MCC理论解吻合良好,而KdV(Korteweg-de Vries)和mKdV(modi-fied KdV)理论解只适用于小振幅的情况。同时,利用CFD数值模拟结果,对内孤立波诱导流速场特性进行了分析,结果表明内孤立波诱导水平速度在上层及波面下方流体层中垂向衰减很小,但在内界面与波面之间流体层中垂向衰减明显。 相似文献
10.
将置于大尺度密度分层水槽上下层流体中的两块垂直板反方向平推,以基于MCC理论解的内孤立波诱导上下层流体中的层平均水平速度作为其运动速度,发展了一种振幅可控的双推板内孤立波实验室造波方法,并对内孤立波作用下浮式生产储油系统(FPSO)的载荷特性开展了系列实验。结果表明,无因次内孤立波水平力和力矩幅值均与先导内孤立子无因次振幅之间呈线性关系,其斜率与上下层流体深度比有关;在各种上下层流体深度比下,无因次内孤立波垂向力幅值与先导内孤立子振幅之间近似呈幂函数关系。 相似文献
11.
Chen-Yuan CHEN I-Fan TSENG Hsien-Chueh Peter YANG Cheng-Wu CHEN Tsung-Hao CHEN 《中国海洋工程》2006,20(4):585-594
1 .IntroductionWhile surface solitary waves arefoundin many physical phenomena (Chouand Shih,1996 ;Chouand Quyang,1999 ;Chouet al .,2003 ; Chenet al .,2004 ; Wang,2004 ;Tsenget al .,2005) ,internal solitary waves (ISWs) have been observed since the beginning of the 20th century.In fact ,some internal waves have alarge enoughamplitudeto cause consequence onthe surface .Hence obser-vation of the oceansurface may helpto detect the activities of internal waves . We require observationsthrough… 相似文献
12.
An experimental study of stratified mixing caused by internal solitary waves in a two-layered fluid system over variable seabed topography 总被引：4，自引：0，他引：4
Stratified mixing is observed in a wave flume on an internal solitary wave (ISW) of depression or elevation type propagating over a submarine ridge. The submarine ridges, which comprise the seabed topography, are either semicircular or triangular. Tests are performed in a series of combinations of submarine ridges with different heights and ISW in different amplitudes within a two-layer fluid system. When the thickness of the top layer is less than that of the lower layer (i.e., H1<H2), a depression-type ISW may produce a strong hydraulic jump with downwards motion and continuous eddy diffusion. During diffusion, the leading profile of the ISW transforms a wrapped vortex on the front face of the ridge, and a vortex separation at the apex of the ridge. Meanwhile, an elevation-type ISW causes a vortex in the lee of a submarine ridge, which resembles a surface solitary wave in terms of wave transmission process. The degree of wave-obstacle interaction is determined by energy loss, which is induced by submarine ridge blockage. The experiment results suggest that degree of blocking can be applied to classify various degrees of ISW-obstacle encounter in the stratified two-layer fluid system. 相似文献
13.
Shenn-Yu Chao Dong-Shan Ko Ren-Chieh Lien Ping-Tung Shaw 《Journal of Oceanography》2007,63(6):897-911
The Luzon Strait is blocked by two meridional ridges at depths, with the east ridge somewhat higher than the west ridge in
the middle reaches of the Strait. Previous numerical models identified the Luzon Strait as the primary generation site of
internal M2 tides entering the northern South China Sea (Niwa and Hibiya, 2004), but the role of the west-versus-east ridge was uncertain.
We used a hydrostatic model for the northern South China Sea and a nonhydrostatic, process-oriented model to evaluate how
the west ridge of Luzon Strait modifies westward propagation of internal tides, internal bores and internal solitary waves.
The dynamic role of the west ridge depends strongly on the characteristics of internal waves and is spatially inhomogeneous.
For M2 tides, both models identify the west ridge in the middle reaches of Luzon Strait as a dampener of incoming internal waves
from the east ridge. In the northern Luzon Strait, the west ridge is quite imposing in height and becomes a secondary generation
site for M2 internal tides. If the incoming wave is an internal tide, previous models suggested that wave attenuation depends crucially
on how supercritical the west ridge slope is. If the incoming wave is an internal bore or internal solitary wave, our investigation
suggests a loss of sensitivity to the supercritical slope for internal tides, leaving ridge height as the dominant factor
regulating the wave attenuation. Mechanisms responsible for the ridge-induced attenuation are discussed. 相似文献
14.
Direct numerical simulations are performed to study the transformation of internal solitary waves (ISWs) of depression type propagating over an underwater ridge in a two-layer fluid system. Bottom ridges with relatively smooth vertex are employed to represent sills in natural lakes and oceans. Consistent with previous experiments, three interaction types (weak, moderate and strong) are observed to be based on the energy loss. In addition, the moderate interaction are found to be categorized into transmitted and reflected type according to their distinct transformation process. General flow characteristics for ISW–ridge interaction in the benthic boundary layer and in the pycnocline is monitored and analysed. A modified degree of blocking Bm considering both the nonlinear effect of incident ISWs and the blockage effect of the submerged ridge is proposed. Different ISW–ridge interactions are discovered to be linked with Bm. Maximum wave-induced velocities, wave energy losses, reflected and transmitted wave amplitudes are found to have a self-similar feature with Bm. The maximum energy loss is up to 35% and the maximum wave-induced velocity can reach 1.8 times of the phase speed of the incident ISW. Empirical equations are obtained based on the data fitting to predict some useful physical parameters during ISW–ridge interaction. 相似文献
15.
南海北部内孤立波数学模型 总被引：3，自引：0，他引：3
在二层内潮数学模型的基础上,考虑非静力平衡扰动压力的影响,导出潮频内孤立波产生、传播的数学模型。该模型不受小地形假设的限制,并适用于南海。应用该模型能解释说明产生以下现象的物理机制：潮流流过巴坦-萨布坦海脊时,在一定海洋环境条件下,通过潮流与起伏的底地形相互作用可激发产生潮频内孤立波,并西传至东沙群岛附近的海域。 相似文献
16.
本文基于反射地震数据和MODIS遥感数据,对南海东沙海域内孤立波及孤立波群的形态有了系统的认识。内孤立波存在上升型和下降型两种极性波,又根据波形分成“钟形”、“平底形”和“碗形”三种类型,孤立波在波谷处的形状与孤立波振幅有关。单个内孤立波在传播一段时间后,受到各种因素的影响,会发育成波群。东沙海域的不同位置存在两种波群:“有序型”波群和“复杂型”波群,结合它们的位置及波群传播过程,认为这两种波群可能是孤立波从深海向陆架的整个传播过程中的两个阶段,“有序型”波群在被东沙岛阻碍后,受到各种海底地形、东沙环礁、波-波相互作用的影响,转变成“复杂型”波群。 相似文献
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18.
内孤立波中半潜平台动力响应特性 总被引：1，自引：1，他引：0
基于内孤立波mKdV理论,采用时域有限位移运动方程,结合改进的Morison公式,研究了两层流体中内孤立波与带分段式悬链系泊约束半潜平台的相互作用问题。针对东沙群岛南部海域附近某实测内孤立波特征参数,计算分析了在该内孤立波作用下SEDCO-700型半潜平台的内孤立波载荷、运动响应及其系泊张力的变化特性。研究表明,内孤立波不仅会对半潜平台产生突发性冲击载荷作用,使其产生大幅度水平漂移运动,并导致其系泊张力显著增大,因此在半潜平台等深海平台的设计与应用中,内孤立波的影响是不可忽视的。 相似文献