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内波数值模拟若干特性的分析

张远凌  
【摘要】: 本文首先结合澳大利亚西北陆架海域现场观测实验,分析该地区内潮及内孤立波的主要特征。在区分背景潮流涨落时段的情况下,以短期精确流场的垂向分布作为模型的背景场,使用G-KdV模型对内潮和内孤立波的传播过程进行数值实验。发现在使用G-KdV模型对陆架海区进行内潮及孤立波的模拟的过程中,采用不同时期背景流场分段模拟,能够明显改进以长期平均流为背景流场的模拟结果。 在上述工作的基础上,通过数值模拟定量计算南海东北部海区的大振幅内波对海底刚性桩柱的剪切作用。本文在研究区域S7站位设置直径5m的假想桩柱进行分析。利用G-KdV模型生成一个大振幅下陷型孤立子,获得该孤立子引起的水平方向波致流场,在115m深度处水平流速转向,剪切强烈。在垂向分布上看,海底桩柱受孤立子作用的引起剪切力在该反向处达到最大,并在孤立子振幅最大时获得最大剪切力,,约为2.27×105N,而传统认为受力最大的桩脚位置在同一时刻受力仅为反向处的一半1.0271×105。桩柱所受力矩始终在桩脚位置达到最大值,在108N·m至109N·m之间变动。考虑到孤立子振幅大,周期短,其产生的流场也随孤立子的经过在十几分钟内发生两次反向,这种震荡变化对海底桩柱还会产生疲劳作用,放大内波的破坏作用。


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