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海岸“碎波拍”问题的数值模型研究

叶文亚  
【摘要】: 在海岸水域,海岸低频波浪对海岸泥沙输运、港口波浪和系泊船运 动都有重要的作用。本文对海岸低频波浪和其对海岸作用进行了研究, 主要有两个内容: (一)用流函数理论计算辐射应力。从辐射应力的基本概念着手分 析,通过流函数理论得到计算辐射应力所需的一个周期内水质点速度及 水面抬升,即能得到垂直于海岸线剖面某一时刻某一截面的辐射应力, 那么变化的时间和变化的空间的辐射应力迎刃而解。这就是用流函数理 论计算辐射应力的思路。 (二)研究了规则波、双色波和不规则波产生的低频波浪的非线形 数值模拟方法。计算模型的波浪控制方程是由欧拉方程在短波周期上平 均而得到的。为了考虑低频波浪在海岸的破碎,采用了WAF方法求解 长波方程,对由辐射应力和海底摩擦力引起的方程非齐次项采用了时间 算子分裂法进行了处理。采用FFT法(快速傅立叶变换算法估计谱)将 不规则波的低频波浪的波面过程线转化为波浪频谱的形式。本模型以往 一般都用线性理论计算辐射应力,考虑到当波浪接近海岸线处非线性作 用越来越明显,采用流函数理论计算辐射应力有助于改善规则波在海岸 处增减水的计算结果,也计算了双色波、不规则波的非线形理论碎波拍 模型并与相应已有的规则波、双色波和不规则波产生的低频波浪实验结 果进行比较,较之采用线形理论的计算结果都有一定的改善,表明本文 采用的数值模型更适用于规则波、双色波和不规则波的实际计算。同时 研究了模型中参数的选取,分析了各个参数变化对模型计算值的影响。


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