风波非线性相互作用数值模拟

一、引言 风波的预测在海洋学和海洋工程中都具有重要意义。除不同波长水波之间的非线性相互作用以外,正确地计算风输运给波的能量(海洋波浪能量的主要来源)在波浪谱的预测中起着关键的作用。以前的研究工作者在计算风输运给波的能量,即计算风波增长率方面做了一些工作,然而只取得了部分的成功。Phillips(1957)、Miles(1957)及Valenzuela(1976)等用线化模型进行计算,得到的能量增长率都小于实测值。Gent和Taylor(1976,1977)假设水波为无旋流、风为湍流剪切流并用一方程模式计算雷诺应力,在计算风波非线性效应方面取得了一定进展。近年来随着计算流体动力学及湍流模式理论的发展,在引入适当的界面条件下,我们可以把风波问题视为统一的湍流流场进行计算。

MIKE21谱模型在台风浪数值模拟中的应用

基于能量平衡模型-SW(Spectral Wave model)对经过琼州海峡的台风浪进行了系统的计算,给出了琼州海峡内台风浪的分布情况及统计结果,对实际工程的建设具有重要的参考意义。SW模型是基于非结构网格的新一代风浪谱模型,可以用于计算风浪、涌浪的成长、衰减和传播;而且可以考虑近岸海底地形和建筑物引起的波浪绕射和反射效应,基本上可以满足局部区域波浪计算精度的要求。

内波对竖直圆柱体水平力作用的研究

基于流体模拟软件Fluent,建立数值水槽并加入竖直圆柱体,根据内孤立波KdV和mKdV理论,用速度入口法制造不同振幅的内孤立波,同时计算内波经过时各圆柱体所受的水平作用力;在实验室二维分层流内波水槽中布置相同尺寸的圆柱体,使用重力塌落方法制取内孤立波,测量内波通过时不同深度圆柱体所受的水平力。将数值模拟结果与试验结果进行对比并对结果进行分析,结果表明利用Fluent模拟结果与试验结果吻合良好;分析了内孤立波对圆柱体水平作用力的垂向分布规律。

数值二维随机波浪水槽的建立和应用

利用域内源造波和边界海绵层吸波的思想,建立了基于势波理论的具有良好适应性的二维随机波浪数值水槽。垂向采用σ-坐标变换,将随时间变化的不规则物理域变为不随时间变化的规则计算域,有利于不规则自由表面条件和底面条件的“严格”满足。数值试验表明,本数值模型可连续地产生理想的规则波和随机波而不受建筑物产生的反射波的影响,计算所得直立堤上的随机波浪力与试验结果吻合较好。

湖泊风浪特性及风浪要素的计算

对太湖风浪观测资料的分析，得到了浅水湖泊中波高、波周期的统计分布，以及特征波要素之间的关系。采用自相关涵数法和最大熵法进行谱分析，得出了相应的无因次谱。文中的湖泊风波计算方法可供计算水库风浪参考。

随机风浪数据的频谱分析

前言水利工程中开阔的水库风浪对水工建筑物的作用不可轻视。目前水库设计波浪的推算方法有二。即特征波法与波谱法。对于大型水库中园柱形建筑物(如调压塔),往往要考虑风浪的动力荷载。

风力作用下洪泽湖西部圩区漫溢可靠性分析

洪泽湖西部圩区建设标准较低,在风力作用下经常受到风浪袭击,存在风涌水漫溢的隐患。建立了风涌水高度的物理模型和随机模型,导出了超过风涌水高度的概率公式。根据洪泽县气象局42 a的气象观测资料,选取6种对西部圩区构成威胁的有效风向,分别计算了各风向在4种水位下的漫溢概率,以及同一水位下各风向的漫溢全概率。计算结果表明,西部圩区在未达到滞洪水位情况下,受风涌水漫溢的可能性较大。

波浪辐射应力在渤海湾海域对风暴潮影响的研究

基于N-S方程建立了风场与波浪非线性耦合作用下风暴潮数值预报模型。采用MM5中尺度数值预报计算模式得到所需风场数据,同时应用莆田站方法来预报风浪波要素,从而计算风暴潮影响因素风应力及波浪辐射应力。利用ADI差分格式离散控制方程。模拟了2007年3月份渤海湾一次风暴潮过程,分别计算了受风应力、波浪辐射应力及二者综合作用下的渤海湾海域风暴潮潮位及潮流过程,并将计算潮位与实测潮位资料作对比,得到风应力是渤海沿岸风暴潮的主要影响因素,而在波浪辐射应力作用下风暴潮潮位极值处的增水较为明显,且在地形与波浪辐射应力作用下渤海湾风暴潮潮流过程受到明显扰动的结论。

巢湖风浪特征观测

基于巢湖不同位置的气象和风浪实测资料,对巢湖的风浪特征进行了详细的分析。不同测站观测期间有效波高超过0.4 m情景出现频率介于2.22%~9.78%之间,观测期间巢湖整体平均有效波高为0.11 m。巢湖风浪的平均周期为1.45~3.33 s,平均值为2.18 s;上跨零周期为1.37~3.26 s,平均值为2.13 s;谱峰周期为1.01~4.41 s,平均值为2.30 s;谱峰周期与平均波周期和跨零周期都存在明显的线性相关,相关系数分别为0.74和0.68。巢湖风浪能量主要集中在0.2~0.6 Hz频率区间内,能量主要分布在0.5 f_p^1.5 f_p的频带范围内,谱型与常用的JONSWAP谱和PM谱谱型明显不同。