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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
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Boussinesq波浪模型是一类相位解析模型,在时域内求解需要较高的空间和时间分辨率以保证计算精度。为提高计算效率,有必要针对该类模型开展并行算法的研究。与传统的中央处理器(CPU)相比,图形处理器(GPU)有大量的运算器,可显著提高计算效率。基于统一计算设备架构CUDA C语言和图形处理器,实现了Boussinesq模型的并行运算。将本模型的计算结果同CPU数值模拟结果和解析解相比较,发现得到的结果基本一致。同时也比较了CPU端与GPU端的计算效率,结果表明,GPU数值模型的计算效率有明显提升,并且伴随数值网格的增多,提升效果更为明显。 相似文献
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为建立高效的Boussinesq类水波数值模型,提出了一种新型的、基于有限差分和有限体积方法的混合数值格式。针对守恒形式的一维控制方程,在等间距矩形控制体内对其进行积分并离散,采用有限体积方法计算界面数值通量,剩余源项采用有限差分方法计算。其中,采用MUSTA格式并结合高精度状态插值方法计算控制体界面数值通量。时间积分则采用具有TVD性质的三阶龙格-库塔多步积分法进行。除验证模型外,重点对MUSTA格式和广泛使用的HLL格式进行了比较。结果表明,MUSTA格式可用于Boussinesq类水波方程数值求解,综合考虑数值精度、计算效率、程序编制和实际应用这几个方面,其较HLL格式更具有优势。 相似文献
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为了更好地研究近岸海域波生沿岸流,建立了基于高阶Boussinesq水波方程的波生沿岸流时域数值模型。控制方程在中等水深范围内具有较好的色散性和变浅作用性能,同时具有二阶完全非线性特征,适合描述近岸区域波浪强非线性运动。通过采用松弛造波方法实现了非线性波浪的无反射入射,采用周期性侧边界条件模拟开敞边界。通过数值试验,讨论了模型中主要参数对数值结果的影响。利用率定后的参数模拟了均匀坡度海岸上产生的沿岸流,通过和实验数据的对比验证了模型的准确性和适用性。利用模型数值模拟了不同波浪入射条件(包括周期、波高和波浪入射角度)对波生沿岸流的影响。 相似文献
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基于Boussinesq水波模型的聚焦波模拟 总被引：1，自引：1，他引：0
基于最高导数为3阶的单层Boussinesq方程,建立了聚焦波的时域波浪计算模型。数值模型求解采用了预报?校正的有限差分法。对于时间差分格式,预报和校正分别采用3阶Adams-Bashforth格式和4阶Adams-Moulton格式。首先,针对不同水深条件下水槽中传播的强非线性波进行模拟,并将数值结果与流函数的数值解析解进行了比较,结果表明无论是波面位移、波面处的水平速度和垂向速度均与解析解符合较好,最大波峰面的速度分布伴随水深的增加与解析解吻合程度变差,非线性速度分布的适用范围与线性解析解适应范围kh<3.5基本一致。其次,对深水聚焦波演化进行了模拟研究,研究中聚焦波的生成采用在边界点累加不同频率线性规则波的方法。应用聚焦波物理模型实验结果验证模型,计算聚焦位置处的波面位移和沿水深的速度分布与实验结果的对比表明,波面位移吻合程度较好,垂向的水平速度分布基本吻合。最后,保持中心频率(周期)不变,数值模拟了周期范围变化下最大聚焦波峰面以及波峰面水平速度的变化趋势,结果表明波峰面值和波峰面水平速度随着周期范围缩小而增大。 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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1 .ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＷｈｅｎａｔａｎｋｅｒｉｓｂｅｒｔｈｅｄｏｒｍｏｏｒｅｄｔｏａｎｏｃｅａｎｐｌａｔｆｏｒｍ ,ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｕａｌｌｙｉｎｏｐｅｎｓｅａｓ,ｔｈｅｔａｎｋｅｒｗｉｌｌｓｕｆｆｅｒｆｏｒｃｅｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｗａｖｅｓ ,ｗｉｎｄａｎｄｃｕｒｒｅｎｔ.Ｉｎｍｏｓｔｏｆｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｓｔｕｄｉｅｓ ,ｔｈｅｉｎ ｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔｏｒｔｈｅｃｏｍｂｉｎｅｄｗａｖｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｗａｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｏｂｅｔｈｅｍａｉｎｏｂｊｅｃｔ.Ｉｎｓ… 相似文献
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在有、无礁冠两种典型岛礁剖面地形上开展孤立波冲击礁坪上直墙的二维水槽试验和数值模拟研究。通过OpenFOAM结合k-ε湍流模型进行RANS数值模拟,基于试验数据和验证后的RANS模拟结果,研究了岛礁剖面上孤立波传播的水动力特性及其对直墙的作用,并探讨了礁冠的存在对直墙所受冲击的影响。结果表明:RANS(k-ε)模型能够准确还原孤立波在岛礁地形上的主要传播特征,但在波浪破碎的情况下,RANS数值模拟不够精细,尤其对直墙所受瞬击荷载的捕捉能力欠缺;礁冠的存在,增强了波浪反射,使得波浪提前破碎,减小了直墙上的波浪爬升和最大动压。 相似文献