基于非静压模型的波浪空间聚焦研究

发布时间：2021-04-01 20:10

　　为研究波浪聚焦特性,分析极端波浪的产生机理,采用非静压模型通过数值模拟的方法对波浪聚焦的影响因素进行了详细研究。本文采用SWASH非静压波浪模型,模型垂向均匀分三层以保证足够的色散精度以及非线性精度来高效准确的模拟波浪在变化地形上的传播。研究发现在最大波浪未发生破碎时,波浪在半圆形凸起斜坡浅滩上传播,波浪聚焦是波高增大的最主要原因。初始kR（波数与浅滩半径乘积）值对波浪在该地形上的聚焦特性有着重要影响。初始kR越大,最大波高位置距聚焦地形坡脚的距离越远。当kR在1.4π～4.05π之间时,随着kR的减小,最大相对波高先增大后减小,当kR=2.45π时,最大相对波高达到极大值,可达2.48倍初始波高。 

【文章来源】：中国海洋大学学报(自然科学版). 2020,50(04)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

数值模拟波面与理论波面对比(x=10L0)

准确模拟波浪的传播除色散性以外另一个重要影响因素为非线性。本节采用SWASH模型模拟波浪在椭圆形浅滩地形上的传播过程,通过比较浅滩附近的波高变化验证SWASH模型的非线性模拟精度。实验地形采用Vincent和Briggs[12]的实验地形(见图2),椭圆形浅滩中心坐标为x=6.10 m,y=13.72 m,地形及水深具体参数见Vincent和Briggs[12]。波浪由左侧正向入射,入射波周期T=1.3 s,波高H=5.5 cm,计算域取25 m×30 m,由于波浪主要传播方向为x方向,考虑到计算效率,计算网格沿x方向较密,y方向较稀疏,网格尺寸为0.05 m×0.1 m,计算区域末端设置5 m海绵层,用来吸收波浪能以模拟开边界。垂向均匀分三层,模拟时长78 s。为验证SWASH模型模拟准确性,选取波高变化较明显的截面3、截面5和截面7上的波高分布与Vincent实验数据进行对比。通过上跨零点法统计数值模拟中截面处均方根波高值,与Vincent和Briggs[12]的实验结果对比如图3所示,图中纵坐标为均方根波高与入射波高的比值,实线为SWASH模拟结果,空心圆圈为Vincent实验结果。由图可以看出数值模拟结果与实验结果吻合良好。

为验证SWASH模型模拟准确性,选取波高变化较明显的截面3、截面5和截面7上的波高分布与Vincent实验数据进行对比。通过上跨零点法统计数值模拟中截面处均方根波高值,与Vincent和Briggs[12]的实验结果对比如图3所示,图中纵坐标为均方根波高与入射波高的比值,实线为SWASH模拟结果,空心圆圈为Vincent实验结果。由图可以看出数值模拟结果与实验结果吻合良好。2 数值模拟结果与讨论


本文编号：3113903