二维变化地形上波浪辐射应力的研究
发布时间：2021-12-27 19:09
在近岸波浪相关问题研究中,波浪的增水现象和低频波浪运动引起的共振现象,均对沿岸工程建设有着重要的影响,而辐射应力理论可以很好的解释波浪增减水和沿岸波生流的现象,同时辐射应力变化也是低频波浪的驱动力和重要影响因素。本文的目的是针对目前应用理论分析和部分数值计算方法很难获取较为准确的近岸波浪速度场和压力场分布的问题,采用基于CFD方法进行数值模拟,探究近岸波浪沿程辐射应力变化及其对波浪增减水的影响。并进行珊瑚礁地形上波浪变形运动及低频波浪生成的探讨。本文首先利用OpenFOAM数值模拟线性波浪在平底地形下辐射应力的变化结果来验证计算方法的准确性,进而计算了有波浪破碎情况下潜堤地形、斜坡地形和珊瑚礁地形上规则波的辐射应力和波浪增减水变化情况。研究结果表明,本文所用数值模型可以较好的计算完整计算域内的波浪辐射应力值。波浪在近岸地形上传播时,辐射应力在平底处均呈现出较稳定的状态,在斜坡上,其值呈增大的趋势,当波浪产生破碎后,其值开始减小,当波浪出现反变浅作用时,辐射应力又会呈增大趋势。同时辐射应力值受波幅变化影响较为敏感,且辐射应力沿程变化对波浪增减水的影响趋势与波浪增减水方程符合良好。然后,探...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
海洋中波浪能量随频率变化简图
改变也会引发礁坪上平均水流的产生，即波生流[11]。同时波浪破碎后释放的一部分约束长波，即低频波浪（低频波浪）将继续向岸传播，很容易在半封闭的礁坪上发生共振现象，造成海岸附近低频波浪的放大效应，加剧了珊瑚礁沿岸地带洪涝灾害的发生。近年来，我国逐步加大对南海海域的开发，开展了众多珊瑚岛礁挖掘项目和填礁造陆等工程，那么如何安全有效的推动此类工程建设得到进一步发展是我国面临的迫在眉睫的问题，研究珊瑚礁地形上波浪的传播，尤其是低频波浪的运动规律对于珊瑚礁工程的建设和维护具有重要的指导意义。图1.3我国南海某岛礁图Fig.1.3AreefintheSouthChinaSea1.2.国内外研究现状1.2.1.珊瑚礁地形水动力研究现状波浪珊瑚礁地形上传播变形的水动力现象极其复杂，一直以来也是众多学者重点研究的问题，研究方法主要有现场观测、物理模型实验及数值模拟等。由于岛礁区域一般位于距离大陆较远的海域，现场观测耗时耗力，难度大且风险也较大，因此当前情况下，研究珊瑚礁问题的主要手段还是应用物理实验及数值水槽实验。Yao等[12]针对波浪在岸礁上传播导致的波高变化及波浪增水问题通过建立基于一维完全非线性Boussinesq数值模型进行探讨；任冰等[13]通过物理实验探究了礁坪上波浪增水高度与礁坪淹没水深和入射波浪参数等的变化规律；Quiroga和Cheung[14]通过实验探究了岛礁地形下底床的粗
10图2.1SIMPLE算法流程图Fig.2.1FlowchartofSIMPLEalgorithm（2）PISO算法PISO（PressureImplicitwithSplittingofOperators）算法,即压力隐式算子分割法，它的前两步算法与SIMPLE相同，都是先给出预测的压力场，然后根据连续性方程进行修正，但不同之处是PISO算法除了进行预测、修正之外，在计算步骤中再次添加了一个修正步来加快算法的收敛速度。2.1.3.边界条件数值水槽的边界设定与实验水槽大体相同，如图2.2所示，均含有入流边界，出流边界，底床边界，大气边界和侧壁边界，不同的是实验水槽应用造波机产生波浪，而本文中的数值水槽采用速度入口法在数值水槽的入口产生波浪。图2.2数值水槽边界示意图Fig.2.2Diagramofnumericalflumeboundary
【参考文献】：
期刊论文
[1]不规则波在岸礁地形增水变化规律试验[J]. 李绍武,胡传越,柳叶. 水科学进展. 2019(04)
[2]基于Open FOAM的浅滩波浪破碎区气液两相流耦合模拟[J]. 张陈浩,郑茜. 水运工程. 2018(11)
[3]规则波在岛礁地形上传播变化特性的试验[J]. 任冰,唐洁,王国玉,朱干城. 科学通报. 2018(Z1)
[4]基于Navier-Stokes方程珊瑚岛礁附近孤立波传播变形数值模拟[J]. 姚宇,何文润,李宇,刘晓建,唐政江. 哈尔滨工程大学学报. 2018(02)
[5]岸礁礁冠对波浪传播变形及增水影响的实验研究[J]. 姚宇,袁万成,杜睿超,蒋昌波. 热带海洋学报. 2015(06)
[6]用OpenFOAM实现数值水池造波和消波[J]. 查晶晶,万德成. 海洋工程. 2011(03)
[7]一种波浪增减水的数值研究方法[J]. 温秀媛,马小舟,董国海,许建武. 中国水运(下半月). 2009(06)
[8]波浪辐射应力张量的垂向变化[J]. 郑金海,严以新. 水动力学研究与进展（A辑）. 2001(02)
博士论文
[1]近岸低频波浪的Boussinesq模拟[D]. 马小舟.大连理工大学 2006
本文编号：3552558
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
海洋中波浪能量随频率变化简图
改变也会引发礁坪上平均水流的产生，即波生流[11]。同时波浪破碎后释放的一部分约束长波，即低频波浪（低频波浪）将继续向岸传播，很容易在半封闭的礁坪上发生共振现象，造成海岸附近低频波浪的放大效应，加剧了珊瑚礁沿岸地带洪涝灾害的发生。近年来，我国逐步加大对南海海域的开发，开展了众多珊瑚岛礁挖掘项目和填礁造陆等工程，那么如何安全有效的推动此类工程建设得到进一步发展是我国面临的迫在眉睫的问题，研究珊瑚礁地形上波浪的传播，尤其是低频波浪的运动规律对于珊瑚礁工程的建设和维护具有重要的指导意义。图1.3我国南海某岛礁图Fig.1.3AreefintheSouthChinaSea1.2.国内外研究现状1.2.1.珊瑚礁地形水动力研究现状波浪珊瑚礁地形上传播变形的水动力现象极其复杂，一直以来也是众多学者重点研究的问题，研究方法主要有现场观测、物理模型实验及数值模拟等。由于岛礁区域一般位于距离大陆较远的海域，现场观测耗时耗力，难度大且风险也较大，因此当前情况下，研究珊瑚礁问题的主要手段还是应用物理实验及数值水槽实验。Yao等[12]针对波浪在岸礁上传播导致的波高变化及波浪增水问题通过建立基于一维完全非线性Boussinesq数值模型进行探讨；任冰等[13]通过物理实验探究了礁坪上波浪增水高度与礁坪淹没水深和入射波浪参数等的变化规律；Quiroga和Cheung[14]通过实验探究了岛礁地形下底床的粗
10图2.1SIMPLE算法流程图Fig.2.1FlowchartofSIMPLEalgorithm（2）PISO算法PISO（PressureImplicitwithSplittingofOperators）算法,即压力隐式算子分割法，它的前两步算法与SIMPLE相同，都是先给出预测的压力场，然后根据连续性方程进行修正，但不同之处是PISO算法除了进行预测、修正之外，在计算步骤中再次添加了一个修正步来加快算法的收敛速度。2.1.3.边界条件数值水槽的边界设定与实验水槽大体相同，如图2.2所示，均含有入流边界，出流边界，底床边界，大气边界和侧壁边界，不同的是实验水槽应用造波机产生波浪，而本文中的数值水槽采用速度入口法在数值水槽的入口产生波浪。图2.2数值水槽边界示意图Fig.2.2Diagramofnumericalflumeboundary
【参考文献】：
期刊论文
[1]不规则波在岸礁地形增水变化规律试验[J]. 李绍武,胡传越,柳叶. 水科学进展. 2019(04)
[2]基于Open FOAM的浅滩波浪破碎区气液两相流耦合模拟[J]. 张陈浩,郑茜. 水运工程. 2018(11)
[3]规则波在岛礁地形上传播变化特性的试验[J]. 任冰,唐洁,王国玉,朱干城. 科学通报. 2018(Z1)
[4]基于Navier-Stokes方程珊瑚岛礁附近孤立波传播变形数值模拟[J]. 姚宇,何文润,李宇,刘晓建,唐政江. 哈尔滨工程大学学报. 2018(02)
[5]岸礁礁冠对波浪传播变形及增水影响的实验研究[J]. 姚宇,袁万成,杜睿超,蒋昌波. 热带海洋学报. 2015(06)
[6]用OpenFOAM实现数值水池造波和消波[J]. 查晶晶,万德成. 海洋工程. 2011(03)
[7]一种波浪增减水的数值研究方法[J]. 温秀媛,马小舟,董国海,许建武. 中国水运(下半月). 2009(06)
[8]波浪辐射应力张量的垂向变化[J]. 郑金海,严以新. 水动力学研究与进展（A辑）. 2001(02)
博士论文
[1]近岸低频波浪的Boussinesq模拟[D]. 马小舟.大连理工大学 2006
本文编号：3552558
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/haiyang/3552558.html
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