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建立基于四阶完全非线性Boussinesq水波方程的二维波浪传播数值模型。采用Kennedy等提出的涡粘方法模拟波浪破碎。在矩形网格上对控制方程进行离散,采用高精度的数值格式对离散方程进行数值求解。对规则波在具有三维特征地形上的传播过程进行了数值模拟,通过数值模拟结果与实验结果的对比,对所建立的波浪传播模型进行了验证。同时,为了考察非线性对波浪传播的影响,给出和上述模型具有同阶色散性、变浅作用性能但仅具有二阶完全非线性特征的波浪模型的数值结果。通过对比两个模型的数值结果以及实验数据,讨论非线性在波浪传播过程中的作用。研究结果表明,所建立的Boussinesq水波方程在深水范围内不但具有较精确的色散性和变浅作用性能,而且具有四阶完全非线性特征,适合模拟波浪在近岸水域的非线性运动。 相似文献
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通过改进二阶全非线性 Boussinesq 波浪方程中的色散项,得到了一组没有改变原方程的数学形式但适用于更大变化水深的新方程,其色散性能和变浅性能都比原方程有了很大改进,所适用的水深范围更大,能更好地描述从深水到近岸浅水处的波浪传播;并基于新方程建立了波浪数值模型,通过模拟波浪从浅水到深水的传播变形来验证新方程的有效性. 相似文献
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Boussinesq型方程是研究水波传播与演化问题的重要工具之一,本文就1967-2018年常用的Boussinesq型水波方程从理论推导和数值应用两个方面进行了回顾,以期推动该类方程在海岸(海洋)工程波浪水动力方向的深入研究和应用。此类方程推导主要从欧拉方程或Laplace方程出发。在一定的非线性和缓坡假设等条件下,国内外学者建立了多个Boussinesq型水波方程,并以Stokes波的相关理论为依据,考察了这些方程在相速度、群速度、线性变浅梯度、二阶非线性、三阶非线性、波幅离散、速度沿水深分布以及和(差)频等多方面性能的精度。将Boussinesq型水波方程分为水平二维和三维两大类,并对主要Boussinesq型水波方程的特性进行了评述。进而又对适合渗透地形和存在流体分层情况下的Boussinesq型水波方程进行了简述与评论。最后对这些方程的应用进行了总结与分析。 相似文献
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非线性效应对浅水水波变形的影响 总被引：3，自引：0，他引：3
本文采用波数矢量无旋和波能守恒方程建立了一个考虑非线性作用的浅水水波变形数值模型,模型中采用Ｂａｔｔｊｅｓ关系与波数矢量无旋,波能守恒方程一起来求解波浪在浅水中变形的波浪要素,在波能守恒方程中考虑了底摩擦的影响。利用本文提出的数值模型对一个斜坡浅滩水域波浪折射绕射现象进行了验证,验证计算中用一个非线性经验弥散关系近似浅水水波变形的非线性效应并与用线性弥散关系的计算结果进行了比较,结果说明使用非线性 相似文献
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非线性波浪时域计算的三维耦合模型 总被引：3，自引：1，他引：2
将计算区域Ω划分为内域Ω1和外域Ω2(Ω2=Ω-Ω1),外域控制方程采用改进线性频散特性的二维Boussinesq方程,用预报一校正法数值求解;结构物附近的内域控制方程为三维Navier-Stokes方程,由VOF方法数值求解。通过在外域和内域相匹配的交界面上设置合适的速度和波面边界条件,建立了三维非线性波浪时域计算的耦合模型。模拟试验表明:(1)耦合模型数值波浪水池可以产生稳定的、重复性较好的波动过程;(2)用耦合模型数值波浪水池求解较大浅水区域上的非线性波浪数值计算问题可以取得较高的计算效率,同时又能得出结构物附近的复杂流场。 相似文献
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适合复杂地形的高阶Boussinesq水波方程 总被引：17，自引：4，他引：17
针对海底坡度较大(量阶为O(1))或海底曲率较大的复杂地形,建立了一个新型高阶Boussinesq水波方程.该方程可用于研究海底存在若干相互平行沙坝引起的Bragg反射问题.方程的水平速度沿水深的分布为四次多项式,色散性和变浅作用性能的精度比经典Boussinesq方程高了一阶.方程在浅水水域可以是完全非线性的. 相似文献
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含强水流高阶Boussinesq水波方程 总被引：13，自引：3，他引：10
采用摄动法并利用已建立的纯波情况下高阶Boussinesq方程,建立了可以考虑强水流与波浪相互作用的高阶Boussinesq方程.水流速度与波浪群速具有相同量级,且随时间和空间的变化尺度远大于波浪周期和波长.方程色散性近似到[4/4]阶Pade展开,对浅水情况方程可以是完全非线性的,可适用于波流相互作用的强非线性问题.通过将水流存在时波长和波幅的结果与一阶斯托克斯波结果对比,讨论了具有不同近似程度的3种含波流相互作用的Boussinesq方程的适用性. 相似文献
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本文将一个基于扩展到破波带的Boussi nesq方程的二维位相分解波浪变形模块与一个波浪挟沙输运模块相结合来计算二维输沙率 ,建立了两个水动力模块来计算流及湍粘性的垂向变化 ,以及波浪悬沙浓度和悬沙输沙率。在几种情况下对该模型进行了验证 ,并做了精度分析。Elfrink等 (1 996)给出了三维模型的描述 ,即一个无界海滩位相平均的波浪模块和一个波浪挟沙输运模块的合成。需要一个波浪理论来计算波要素。Rakha等 (1 997)所描述的模型则代表一个可位相分解的海岸剖面模型 ,即由一个一维 (1D)Boussinesq模块和一个垂向一维(1DV)波浪水动力及… 相似文献
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港口中系泊船在波浪作用下运动问题的本质是浅水波浪与浮体的相互作用。与深水情况不同,浅水问题应当考虑水底、水域边界的影响及浅水波浪自身的特性,单一模型很难实现该模拟过程。为此,建立了Boussinesq方程计算入射波和Laplace方程计算散射波的全时域组合计算模型。有限元法求解的Boussinesq方程能使入射波充分考虑到水底、水域边界的影响和浅水波浪的特性;散射波被线性化,采用边界元法求解,并以浮体运动时的物面条件为入射波和散射波求解的匹配条件。该方法为完全的时域方法,计算网格不随时间变动,计算过程较为方便。通过与实验及其他数值方法的结果进行比较,验证了本模型对非线性波面、浮体的运动都有比较理想的计算结果,显示了本模型对非线性问题具有较好的计算能力。 相似文献
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波群演化有非常特殊的物理现象。模拟这一过程要求模型具有较好的色散性性能同时具有良好的波幅离散性能、非线性性能。采用分层Boussinesq类方程对深水波群得到非线性演化开展数值模拟研究。利用Stansberg(1993)的物理实验验证了分层Boussinesq方程波浪模型在该研究中具有很好的适用性和较高的精度。模型较好地预报了组成波的倍频、和频及差频波浪。越接近造波板,结果吻合的越好。随着长时间的演化,主频部分的组成波的波高数值结果要大于实测结果,高频部分的组成波出现明显差异。 相似文献
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Liu等给出的最高导数为2的双层Boussinesq水波方程具有较好的色散性和非线性,基于该方程建立了有限差分法的三维波浪数值模型。在矩形网格上对方程进行了空间离散,采用高阶导数近似方程中的时、空项,时间积分采用混合4阶Adams-Bashforth-Moulton的预报—校正格式。模拟了深水条件下的规则波传播过程,计算波面与解析结果吻合较好,反映出数值模型能很好地刻画波面过程及波面处的速度变化;在kh=2π条件下可较为准确获得沿水深分布的水平和垂向速度,这与理论分析结果一致。最后,利用数值模型计算了规则波在三维特征地形上的传播变形,数值结果和试验数据吻合较好;高阶非线性项会对波浪数值结果产生一定的影响,当波浪非线性增强,水深减少将产生更多的高次谐波。建立的双层Boussinesq模型对强非线性波浪的演化具有较好的模拟精度。 相似文献
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四阶Boussinesq模型验证及非线性精度对数值结果的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
基于 Madsen 和 Sch?ffer(1998)给出的一组四阶 Boussinesq 模型,在非交错网格下基于有限差分法建立了一维数值求解模型.在时间步进上采用三阶 Adams-Bashforth 预报、四阶 Adams-Moulton 校正的格式,模型中引入了内部源项,这更有效地避免造波板二次反射问题.数值模拟了波浪在潜堤上的波浪传播变形,利用 Luth 等(1994)的实验数据来检验本文模型.在模拟 Ohyama 等(1994)的实验时,讨论非线性精度对数值结果的影响,结果表明高阶非线性对数值模拟波浪演变非常重要:非线性精度越高,其对比效果越好. 相似文献
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《海洋湖沼通报》2021,(4)
在Liu和Fang推导的双层Boussinesq方程基础上,将其简化为一层水波方程,并建立了基于混合4阶Adams-Bashforth-Moulton时间格式的立面二维数值模型;数值模拟了波浪在潜堤上的演化过程,并将数值计算结果与相关实验结果进行了对比,验证了该数值模型的正确性。进而在不同的入射波条件下,将沿着水深分布的水平速度和垂向速度的数值模拟结果与线性、二阶、三阶解析解解析结果进行综合对比。对比结果表明,在不同的无因次水深kh条件下,数值解与解析解的整体吻合程度较好。在不同的波陡H/L条件下,数值解展现了较好的非线性特征。在不同的波高水深比H/h条件下,数值解与解析解之间的整体差异较小。可以看到,该数值模型较好地模拟了波浪垂向速度场分布,体现了其优良的综合性能。 相似文献
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建立具有色散性的水平二维非线性波浪方程,方程的非线性近似到了三阶。方程以波面升高和自由表面速度势表达的微分-积分型数学方程,给出方程的数值求解方法和算例,对方程积分项的处理给出了计算方法。计算结果与Boussinesq方程模型和缓坡方程模型的对应计算结果进行了对比。 相似文献
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波浪水槽中非线性浅水波传播特性与模拟 总被引：2，自引：0，他引：2
通过建立解析解、进行数值模拟和物理实验，研究了波浪水槽中非线性浅水波浪传播特性，给出了数值模拟中对应造波板做正弦运动的二阶入射边界条件。数值模拟采用高阶Boussinesq方程。实验结果、数值结果和解析解进行对比，并讨论了解析解的适用范围、高次谐波的产生及三波相互作用问题。 相似文献