近岸浪—流耦合物理机制及其应用研究
发布时间：2021-02-09 20:02
近岸海流会受到海浪的影响，而流场和水位的改变也会反过来影响海浪，因此在对近岸海浪和环流进行数值模拟时，考虑浪-流相互作用，将海浪模式与海流模式耦合计算，比单独运行一个模式能得到更准确的模拟结果。然而，对浪-流耦合物理机制的研究还并不成熟，耦合模型在波生流和风暴潮模拟方面的应用，也有待继续研究。在浪-流耦合研究中，辐射应力是一个重要的物理机制，它反映了波浪运动产生的剩余动量通量，其垂向积分的形式被广泛应用在求解波浪增水、裂流等方面。近年来有众多学者开始研究辐射应力的垂向分布结构，并提出了各自的理论，然而这些理论之间存在较大差异，对这些理论缺乏客观的比较与评价。为了比较现有的辐射应力理论，本研究利用计算流体动力学软件ANSYS FLUENT建立数值水槽，模拟波浪在水槽中的运动，并利用软件输出的水质点速度和压强数据计算垂向积分的辐射应力，计算结果与利用Longuet-Higgins&Stewart（1964）理论计算的结果接近。利用水槽数据计算辐射应力的垂向分布，发现辐射应力在波峰至波谷区域存在一个极大值，当把该区域的辐射应力积分为一个表层应力时，发现其与表层以下的辐射应力不连续；通...
【文章来源】：中国海洋大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
数值水槽示意图
图 2-2 计算区域网格划分.3. 入射波参数设置本实验中采用波高为 0.5 m、周期为 3.25 s、波长为 16 m 的单频波动作为入射波，在数槽的左端入口处，设置入射波边界条件，以模拟波动在水槽中的传播情况。.4. 其他设置计算中采用标准 k- 湍流模型，采用 VOF 方法计算水-气两相的界面，采用边界造波法、动量源消波法消波。数值水槽中的流体包括水-气两相。在计算开始时刻（t = 0），水槽 z = 0~d 区域内的体积函数设为 1，即认为该区域初始条件下为水相，z = d 以上的区域内函数设为 0，认为该区域初始条件下为气相。整个计算区域内的初始速度均为 0。计算时长为 0.02s，一共计算 70 秒钟。
近岸浪-流耦合物理机制及其应用研究好的将左端传来的波动吸收掉，并没有形成反射。图 2-4 显示了 26 s 时水槽内水质点的速度矢量分布，可以看出水槽末端消波区域的水质点速度基本为 0，说明消波段将波动的能量全部吸收，并没有形成反射，验证了消波区的有效性。图 2-5 显示了 26 s 时水槽内由于波浪运动而导致的水体压强分布，同样可以看出消波段的有效性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Development and validation of a three-dimensional,wave-current coupled model on unstructured meshes[J]. WANG JinHua & SHEN YongMing State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering,Dalian University of Technology,Dalian 116023,China. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2011(01)
[2]垂向变化的波浪辐射应力影响下流场数值研究[J]. 东野大明,武国相,梁丙臣. 海岸工程. 2010(03)
[3]基于VOF方法的造波、消波技术[J]. 兰雅梅,郭文华,宋秋红,袁军亭. 中国海洋平台. 2010(01)
[4]基于FLUENT的海洋内孤立波数值水槽模拟[J]. 陈钰,朱良生. 海洋技术. 2009(04)
[5]基于VOF方法的数值波浪水槽以及造波、消波方法研究[J]. 董志,詹杰民. 水动力学研究与进展A辑. 2009(01)
[6]Wave energy input into the Ekman layer[J]. WU KeJian, YANG ZhongLiang, LIU Bin & GUAN ChangLong Physical Oceanography Laboratory, Ocean University of China, Qingdao 266100, China. Science in China（Series D:Earth Sciences）. 2008(01)
[7]基于RANS方程的海堤越浪数值模拟[J]. 刘亚男,郭晓宇,王本龙,刘桦. 水动力学研究与进展A辑. 2007(06)
[8]基于动量源方法的黏性流数值波浪水槽[J]. 李凌,林兆伟,尤云祥,缪国平. 水动力学研究与进展A辑. 2007(01)
[9]地转条件下的浪致辐射应力[J]. 孙孚,魏永亮,吴克俭. 海洋学报(中文版). 2006(06)
[10]海堤越浪的数值模拟[J]. 周勤俊,王本龙,兰雅梅,刘桦. 力学季刊. 2005(04)
本文编号：3026155
【文章来源】：中国海洋大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：121 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
数值水槽示意图
图 2-2 计算区域网格划分.3. 入射波参数设置本实验中采用波高为 0.5 m、周期为 3.25 s、波长为 16 m 的单频波动作为入射波，在数槽的左端入口处，设置入射波边界条件，以模拟波动在水槽中的传播情况。.4. 其他设置计算中采用标准 k- 湍流模型，采用 VOF 方法计算水-气两相的界面，采用边界造波法、动量源消波法消波。数值水槽中的流体包括水-气两相。在计算开始时刻（t = 0），水槽 z = 0~d 区域内的体积函数设为 1，即认为该区域初始条件下为水相，z = d 以上的区域内函数设为 0，认为该区域初始条件下为气相。整个计算区域内的初始速度均为 0。计算时长为 0.02s，一共计算 70 秒钟。
近岸浪-流耦合物理机制及其应用研究好的将左端传来的波动吸收掉，并没有形成反射。图 2-4 显示了 26 s 时水槽内水质点的速度矢量分布，可以看出水槽末端消波区域的水质点速度基本为 0，说明消波段将波动的能量全部吸收，并没有形成反射，验证了消波区的有效性。图 2-5 显示了 26 s 时水槽内由于波浪运动而导致的水体压强分布，同样可以看出消波段的有效性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Development and validation of a three-dimensional,wave-current coupled model on unstructured meshes[J]. WANG JinHua & SHEN YongMing State Key Laboratory of Coastal and Offshore Engineering,Dalian University of Technology,Dalian 116023,China. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2011(01)
[2]垂向变化的波浪辐射应力影响下流场数值研究[J]. 东野大明,武国相,梁丙臣. 海岸工程. 2010(03)
[3]基于VOF方法的造波、消波技术[J]. 兰雅梅,郭文华,宋秋红,袁军亭. 中国海洋平台. 2010(01)
[4]基于FLUENT的海洋内孤立波数值水槽模拟[J]. 陈钰,朱良生. 海洋技术. 2009(04)
[5]基于VOF方法的数值波浪水槽以及造波、消波方法研究[J]. 董志,詹杰民. 水动力学研究与进展A辑. 2009(01)
[6]Wave energy input into the Ekman layer[J]. WU KeJian, YANG ZhongLiang, LIU Bin & GUAN ChangLong Physical Oceanography Laboratory, Ocean University of China, Qingdao 266100, China. Science in China（Series D:Earth Sciences）. 2008(01)
[7]基于RANS方程的海堤越浪数值模拟[J]. 刘亚男,郭晓宇,王本龙,刘桦. 水动力学研究与进展A辑. 2007(06)
[8]基于动量源方法的黏性流数值波浪水槽[J]. 李凌,林兆伟,尤云祥,缪国平. 水动力学研究与进展A辑. 2007(01)
[9]地转条件下的浪致辐射应力[J]. 孙孚,魏永亮,吴克俭. 海洋学报(中文版). 2006(06)
[10]海堤越浪的数值模拟[J]. 周勤俊,王本龙,兰雅梅,刘桦. 力学季刊. 2005(04)
本文编号：3026155
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/haiyang/3026155.html
