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《大连理工大学》 2008年
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深水畸形波的数值模拟研究

张运秋  
【摘要】: 畸形波是一种危害巨大的海洋灾害,但有关的研究还处于起步阶段,其发生机理和发生概率还不明确。目前国内外研究畸形波的数值模型多建立在线性叠加方法或三阶非线性薛定谔方程基础之上,而畸形波的特性决定了组成波之间的非线性相互作用对其生成至关重要,因而需要考虑更高阶的非线性来加以模拟。本文的主要目的是建立一个深水四阶非线性波浪数值模型来有效地模拟畸形波的生成,研究其内部可能机理,并对其相关影响因素进行分析。 为了克服三阶非线性薛定谔方程和线性叠加方法建立数值模型时考虑非线性作用的不足,本文以考虑平均流效应的四阶修正非线性薛定谔方程为基础,建立移动坐标系统下的深水非线性波列演化的数值模型,模型采用离散步长的伪谱方法来求解,并且通过模拟周期波群和包络孤立波的传播来予以验证。 缓慢调制的周期波列在演化过程中存在边带不稳定性(即Benjamin-Feir不稳定性),该不稳定性可引起波列振幅在局部以指数增长。本文以该特性为基础,模拟了边带扰动和JONASWAP谱描述的随机波条件下波列的演化和畸形波的生成,并将数值结果与相应的物理模型实验结果进行比较验证。研究表明,本文所建立的数值模型能够有效地模拟深水波列的演化和畸形波的生成。 目前关于深水畸形波的数值研究主要围绕着如何生成畸形波的外形来进行,而其生成的内部能量机理和影响因素的系统分析还十分少见,因此本文在模拟深水畸形波生成的基础上,根据其生成前后能量谱的变化,探讨了畸形波生成的可能机理,通过本文数值模型结果与相应的线性薛定谔方程及三阶非线性薛定谔方程模型结果的对比,研究了非线性对于畸形波生成的重要影响作用,通过改变尺度因子、边带扰动条件下的初始边带扰动数目、波陡和随机波条件下的谱峰升高因子、谱能量尺度参量、随机初相位等参数来研究各因素对畸形波生成的影响作用。结果表明,三阶和四阶非线性对于畸形波的生成起到十分关键的作用,随着边带扰动对数、不稳定边带的数目、波陡、谱的峰高因子和能量尺度参量等参数的增加,畸形波生成的概率有所增加,另外,随机波条件下的初始相位分布对于畸形波的生成也有着重要的影响作用。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:P731.2

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 刘赞强;张宁川;;基于Longuet-Higgins模型的畸形波模拟方法[J];水道港口;2010年04期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 刘首华;畸形波的海浪数值模拟研究[D];中国海洋大学;2010年
2 刘赞强;畸形波模拟及其与核电取水构筑物作用探究[D];大连理工大学;2011年
3 旷海兰;反常波SAR遥感识别关键技术研究[D];武汉理工大学;2012年
4 崔成;畸形波生成、演化及内部结构研究[D];大连理工大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 胡捍红;考虑波流干扰的深水畸形波数值模拟研究[D];上海交通大学;2012年
2 徐术伟;三类非线性偏微分方程的怪波解[D];宁波大学;2012年
3 李鹏飞;单向不规则波列中畸形波生成概率研究[D];大连理工大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 杨冠声,董艳秋,陈学闯;畸形波对圆柱作用力计算的波形改造法[J];港工技术;2003年01期
4 田桂新;;南非沿岸怪浪的部析与预防[J];航海技术;2006年01期
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 杨冠声;张力腿平台非线性波浪载荷和运动响应研究[D];天津大学;2003年
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 黄国兴;畸形波的模拟方法及基本特性研究[D];大连理工大学;2002年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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5 蔡烽;沈泓萃;缪泉明;周德才;;海浪非线性行为的参数化表征[J];船舶力学;2008年02期
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7 赵西增;孙昭晨;梁书秀;;非线性波浪水槽内波浪的产生和传播(英文)[J];船舶力学;2010年03期
8 万林,蔡烽,张永胜,侯建军,石爱国,杨宝璋;提高舰船武器、装备使用海况的新方法[J];船舶;2003年03期
9 万林;陈印杰;石爱国;杨宝璋;;舰船在三维非规则波中的航向航速优选[J];船舶;2006年03期
10 罗德海;非线性Rossby波所满足的三阶Zakharov方程与低频振荡[J];成都气象学院学报;1993年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 蔡烽;沈泓萃;缪泉明;周德才;;海浪非线性行为的参数化表征[A];纪念顾懋祥院士海洋工程学术研讨会论文集[C];2011年
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3 陈子燊;李志龙;冯砚青;李志强;常瑞莲;;碎波带波高与周期联合分布核密度估计[A];第十二届中国海岸工程学术讨论会论文集[C];2005年
4 赵凤亚;俞聿修;李晓亮;鲁桂荣;;直立堤上斜向和多向不规则波越浪量研究[A];第十二届中国海岸工程学术讨论会论文集[C];2005年
5 张洪生;于小伟;商辉;杨建民;;消去入射边界上反射波的方法及其验证[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
6 夏运强;饶永红;柳玉良;沈如军;;新型直立透空结构试验研究[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(中)[C];2011年
7 王国玉;王彦哲;任冰;王永学;刘丹;;水平圆柱与沉箱组合结构消波特性试验研究[A];第19届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅱ册)[C];2010年
8 戴世强;孟庆勋;;孤立波史话——浅谈观察与思考[A];中外力学思维纵横——第四届全国力学史与方法论学术研讨会论文集[C];2009年
9 张宁川;俞聿修;;随机波浪的内部结构(Ⅰ)——三维随机波浪非线性速度场计算的理论模型[A];第十三届全国水动力学研讨会文集[C];1999年
10 赵曦;王本龙;刘桦;;基于Boussinesq方程的海啸生成数学模拟[A];第二十届全国水动力学研讨会文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李晓明;ENVISAT卫星ASAR波模式数据海浪反演算法研究[D];中国海洋大学;2010年
2 韩凤亭;珠江三角洲地区港口工程风险分析及经济评估[D];中国海洋大学;2009年
3 刘首华;畸形波的海浪数值模拟研究[D];中国海洋大学;2010年
4 谢波涛;台风/飓风影响海区固定式平台设计标准及服役期安全度风险分析[D];中国海洋大学;2010年
5 刘华兴;被动声学测波新方法的实验研究及应用[D];中国海洋大学;2010年
6 类淑河;风浪破碎的随机性、非线性和能量耗散特征研究[D];中国海洋大学;2010年
7 董俊哲;基于Hamilton体系的非线性浅水波分析方法[D];大连理工大学;2011年
8 许宁;锥体海洋结构的冰荷载研究[D];大连理工大学;2011年
9 陈小波;近海风机结构体系环境荷载及动力响应研究[D];大连理工大学;2011年
10 王毅;SWAN模式及数据同化技术在海浪预报中的试验研究和应用[D];中国海洋大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 单瑞;基于GPS单点测速的海浪及潮位测量应用研究[D];山东科技大学;2010年
2 孟扬;浮子式波浪发电装置设计及其功率特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 时磊;半潜平台动力定位系统的评估及优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 唐东洋;风浪联合作用下深水半潜式平台水动力性能实验研究[D];大连理工大学;2010年
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6 元萍;船舶走航式波浪测量系统研究[D];中国海洋大学;2010年
7 王娟;波浪浮标传感器综合测试系统[D];中国海洋大学;2010年
8 宋诗艳;深海内波弱非线性模型的建立及其在南海应用的研究[D];中国海洋大学;2010年
9 张婕;风—浪要素的全球分布特征研究[D];中国海洋大学;2010年
10 武双全;东中国海波高分布特征研究[D];中国海洋大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 董艳秋,陈学闯,杨冠声;关于一种危害船舶安全的波浪—Freak波的探讨[J];船舶力学;2003年02期
2 赵西增;孙昭晨;梁书秀;;高阶谱数值方法及其应用[J];船舶力学;2008年05期
3 赵西增;孙昭晨;梁书秀;;Efficient Focusing Models for Generation of Freak Waves[J];China Ocean Engineering;2009年03期
4 赵志钦;骆小谚;聂在平;;利用双尺度模型的海浪极化SAR成像模拟[J];电子科技大学学报;2009年05期
5 孙一艳;柳淑学;臧军;李金宣;;聚焦波浪对直立圆柱作用的试验研究[J];大连海事大学学报;2008年01期
6 张运秋;张宁川;裴玉国;;畸形波数值模拟的一个有效模型[J];大连理工大学学报;2008年03期
7 航芸;完美巨浪[J];大自然探索;2001年11期
8 杨冠声,董艳秋,陈学闯;畸形波对圆柱作用力计算的波形改造法[J];港工技术;2003年01期
9 高璞;汪留松;赵西增;;畸形波特性研究[J];中国港湾建设;2007年06期
10 庞红犁,于定勇;极端瞬态波浪的特征分析[J];海岸工程;2001年04期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 余向军;张永刚;;浅水畸形波成因分析及其数值模拟[A];气象海洋环境与船舶航行安全论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李晓明;ENVISAT卫星ASAR波模式数据海浪反演算法研究[D];中国海洋大学;2010年
2 刘首华;畸形波的海浪数值模拟研究[D];中国海洋大学;2010年
3 郭丁;基于海面场景的SAR成像模拟及电磁散射特性研究[D];电子科技大学;2011年
4 刘赞强;畸形波模拟及其与核电取水构筑物作用探究[D];大连理工大学;2011年
5 齐向阳;极化合成孔径雷达的模拟研究[D];中国科学院电子学研究所;2000年
6 杨冠声;张力腿平台非线性波浪载荷和运动响应研究[D];天津大学;2003年
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8 杨杰;星载SAR影像定位和从星载InSAR影像自动提取高程信息的研究[D];武汉大学;2004年
9 岳海霞;合成孔径雷达回波信号模拟研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2005年
10 李金宣;多向聚集极限波浪的模拟研究[D];大连理工大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 黄国兴;畸形波的模拟方法及基本特性研究[D];大连理工大学;2002年
2 黄金刚;二维聚焦极限波浪的模拟研究[D];大连理工大学;2004年
3 刘晓霞;三维波浪场中畸形波的数值模拟[D];大连理工大学;2008年
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 谷家扬;吕海宁;杨建民;;畸形波作用下四立柱张力腿平台动力响应研究[J];海洋工程;2013年05期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 刘赞强;畸形波模拟及其与核电取水构筑物作用探究[D];大连理工大学;2011年
2 张晓爽;波浪对海洋上混合层温度变化的影响研究[D];中国海洋大学;2012年
3 崔成;畸形波生成、演化及内部结构研究[D];大连理工大学;2013年
4 谷家扬;张力腿平台复杂动力响应及涡激特性研究[D];上海交通大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 黄炜;浮力摆式波浪能发电装置仿真与实验研究[D];浙江大学;2012年
2 李鹏飞;单向不规则波列中畸形波生成概率研究[D];大连理工大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 董艳秋,纪凯,黄衍顺;波浪中船舶横摇稳性的研究[J];船舶力学;1999年02期
2 董艳秋,陈学闯,杨冠声;关于一种危害船舶安全的波浪—Freak波的探讨[J];船舶力学;2003年02期
3 杨冠声,董艳秋,陈学闯;畸形波对圆柱作用力计算的波形改造法[J];港工技术;2003年01期
4 陈子燊;海滩剖面时空变化过程分析[J];海洋通报;2000年02期
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6 杨冠声,董艳秋,陈学闯;畸形波(freak wave)[J];海洋工程;2002年04期
7 柳淑学,俞聿修,赖国璋,李毓湘;数值求解Boussinesq方程的有限元法[J];水动力学研究与进展(A辑);2000年04期
8 柳淑学,洪起庸;三维极限波的产生方法及特性[J];海洋学报(中文版);2004年06期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 黄国兴;畸形波的模拟方法及基本特性研究[D];大连理工大学;2002年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张运秋;张宁川;裴玉国;;畸形波数值模拟的一个有效模型[J];大连理工大学学报;2008年03期
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5 胡强林;肖桂兰;阮文;蒋达国;余晓光;;超短强激光脉冲在部分离化等离子体中的孤子传播[J];井冈山大学学报(自然科学版);2010年01期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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5 王道平;况晓静;吴先良;;探地雷达的时域仿真方法研究[A];2009年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2009年
6 王恩志;王洪涛;孙役;;三维裂隙网络渗流数值模型研究[A];第六届全国结构工程学术会议论文集(第二卷)[C];1997年
7 姜文忠;;采空冒落区瓦斯扩散-通风对流模拟研究[A];2007年全国煤矿安全学术年会会议资料汇编[C];2007年
8 袁梦;范菊;缪国平;朱仁传;黄祥鹿;;系泊系统有限元模拟及分析[A];第二十一届全国水动力学研讨会暨第八届全国水动力学学术会议暨两岸船舶与海洋工程水动力学研讨会文集[C];2008年
9 楼建锋;;钨合金杆侵彻半无限厚铝合金靶的数值研究[A];第八届全国冲击动力学学术讨论会会议论文集[C];2007年
10 张存智;杨连武;刘恒魁;;鸭绿江口海域三维斜压环流模型[A];第十三届全国水动力学研讨会文集[C];1999年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 南京证券总裁 步国旬;券商风险管理模式亟待重构[N];中国证券报;2006年
2 本版编辑 唐克旺 中国水利水电科学研究院水资源所 教授级高级工程师 陈家军 本报记者 汪栋;科学评估地下水系统的模拟技术[N];中国水利报;2006年
3 记者 汤忠民;福建“908专项”进入实战阶段[N];中国海洋报;2005年
4 赵颖翡;福建给省内13个海湾“把脉”[N];中国海洋报;2006年
5 记者 王洪斌 通讯员 蔡媛媛;山西模拟研究地下水促合理开发[N];中国水利报;2007年
6 石岩;建立风暴潮港口增水和骤淤预测系统[N];科技日报;2006年
7 张天翔秦军;铁一局特大断面黄土隧道施工技术世界领先[N];陕西日报;2008年
8 姚敏孙东霞 本报记者 周璐璐;七个突破做强浙江海洋经济[N];中国企业报;2008年
9 卫人;洞庭鼠患之争的困惑[N];中国经济导报;2007年
10 李斌;青海湖水位:有望2016年后开始持续回升[N];新华每日电讯;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张运秋;深水畸形波的数值模拟研究[D];大连理工大学;2008年
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3 崔成;畸形波生成、演化及内部结构研究[D];大连理工大学;2013年
4 刘首华;畸形波的海浪数值模拟研究[D];中国海洋大学;2010年
5 裴玉国;畸形波的生成及基本特性研究[D];大连理工大学;2008年
6 夏云峰;感潮河道三维水流泥沙数值模型研究与应用[D];河海大学;2002年
7 敖胜美;暗孤子微扰理论及其应用[D];湖南师范大学;2006年
8 赵西增;畸形波的实验研究和数值模拟[D];大连理工大学;2009年
9 田晋平;新型光孤子及其光脉冲在光纤通信系统中的传输控制特性研究[D];山西大学;2006年
10 冶雪艳;黄河下游悬河段地下水开发风险评价与调控研究[D];吉林大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邹华志;近岸波浪的Boussinesq型方程数值模拟及其工程应用[D];中国海洋大学;2005年
2 王钰琨;半导体光放大器超快非线性效应的数值分析模型[D];华中科技大学;2008年
3 王金栋;基于数值模型和统计模型的黄河三角洲的冲淤时空变化分析及形态发育趋势探讨[D];中国海洋大学;2005年
4 高菲;桥墩处流场模型研究及在航海模拟器中的应用[D];大连海事大学;2008年
5 陈娟;潮汐影响下滨海地下水超高:等效海岸边界条件的确定[D];河海大学;2006年
6 秦晓;非恒定流环境水体温排水二维数值模拟[D];中国水利水电科学研究院;2007年
7 朱承瑛;高速公路路面温度模型及其预报系统的研究[D];南京信息工程大学;2008年
8 吴锐;基于复杂网络理论的水体富营养化研究[D];重庆大学;2009年
9 刘建霞;数值模型在青岛市大沽河水源地地下水水质预测中的应用[D];中国海洋大学;2004年
10 魏春阳;温室滴灌条件下黄瓜根区水分动态的研究[D];吉林大学;2005年
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