逆流对畸形波特征影响的实验研究

发布时间：2020-04-26 16:58

【摘要】：波浪是海洋中最重要的环境动力因素之一,对海上建筑结构、船舶和港口的安全运营影响深远。畸形波是日益受到关注的一种灾害性海洋波浪,其往往具有突发性、大波高、波面不对称等特点,给人类的海上活动造成极大的威胁,对其生成机理和发生概率进行研究,具有明显的理论和工程意义。本文将着眼于波流相互作用与调制不稳定性,设计物理模型试验对逆流作用下单向随机波中畸形波的特性进行了细致的分析。本文首先简述了有关畸形波的研究现状和数据分析方法,其次针对畸形波的产生机理进行了试验设计,随机波浪参数的选取考虑了不同的JONSWAP谱参数、波陡、BFI值(BFI为与波陡和相对谱宽有关的参数)和逆流流速。针对试验数据主要分析了畸形波的形态特征、畸形波出现的概率及影响因素、以及水流对其的影响。分析结果表明:(1)按照上跨零点法、下跨零点法和高波峰、深波谷的分类统计4种波形的占比。85%以上的畸形波都具有高波峰的特征,按上跨零点法或下跨零点法统计的畸形波数量占比相近;而逆流的存在会导致深波谷的占比降低。波高和周期无因次参数以及平均后的无因次曲线表明:使用下跨零点法统计出的大波才满足畸形波的定义,这也说明了采用下跨零点法的科学性;畸形波前后相邻波浪的参数差别较大,规律性不强;而逆流的存在对无因次参数的改变并不明显;(2)随机波浪中畸形波的演化是一种能量自聚焦的过程,非线性、或者说调制不稳定性对畸形波的演化有明显的影响。逆流的存在使得非线性的聚焦更为突然和剧烈;(3)波陡值、BFI值的增加或逆流的存在,使得畸形波的数量有增多的趋势;随着波陡值、BFI值的增大或逆流的存在,产生的大部分畸形波位置距造波板越远;(4)随着波浪的演化,沿程波面峰度值呈现增大的趋势,偏度值则在前12倍波长内相对稳定,12倍波长后的波动明显增大,逆流的存在会使得峰度值和偏度值均有所增加,且流速越大,二者增大的程度越多;(5)频谱反应的是能量的变化。对比分析波列传播过程中的能量变化,可以发现:谱图的峰值会随波列传播而降低,谱宽相对变窄,这是由于摩擦等导致能量耗散;逆流的存在使得沿程测点处频谱图的峰值相对静水的工况都明显增大,且流速越大,峰值增大越多,这体现了水流的能量输入;(6)波陡值、BFI值的增大或逆流的存在会导致畸形波的发生概率增加。Rayleigh分布或Rayleigh-Ⅰ分布能较好的描述非线性未充分成长的随机波浪;但随着与造波板距离的增加,分布曲线逐渐偏高于理论曲线,现有的几种理论分布均不能较好的描述非线性强烈、逆流存在条件下的畸形波的发生概率。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P731.22;TV139.2

【参考文献】