波浪扰动下河口幂律异重流的动力场分布特性

河口底层浮泥异重流的运动特性对于河口维持以及港口航道泥沙淤积过程具有重要的作用,是海岸学科研究的关键内容,也是热点内容之一.本文首先综述了河口泥沙异重流研究的重要意义,分析并总结了各家异重流理论模型的不同点和适应条件;其次,根据本文研究问题的实际需要,构建了波浪与底泥相互作用的双层流体理论分析模式,将上层流体简化为常见的牛顿体,而将下层流体的流变关系设置为幂律函数,研究了波浪作用下河口底部幂律异重流的流场特性.这些特性包括:波浪速度场、底泥运动的流速场、不同密度影响下的压力场以及异重流泥面波与表面波的波幅比等,分析了泥层密度、波动圆频率以及底泥幂律指数对流场及界面波的影响.研究发现,在波浪扰动下,两层流体交界处速度分量连续,压强出现突变.在下部泥层中,水平速度幅值曲线存在极大值.随着波动圆频率增加以及泥层密度与流动指数的减小,界面处上下压强差值呈现增大的趋势.本模型与实测波幅比的数据进行对比结果证实了模型的合理性.

大气中孤立波的相互作用

本文讨论无限深上层流体和有限深下层流体的两层流体系统，该系统是大气的一种近似模型。采用拉格朗日坐标系，从无粘不可压流体力学方程式出发，利用摄动方法获得了所讨论系统中界面孤立波迎撞的摄动解。结果表明，在迎撞前后每个波独立地由Ｂｅｎｊａｍｉｎ－Ｏｎｏ方程所描述，即波的形状不发生变化，迎撞的效应由相移来体现。

密度连续变化水体内孤立波数值模拟研究

针对内孤立波数值模拟研究,绝大多数学者采用忽略密度跃层厚度的两层流体模型进行分析研究.从海洋实际物理环境来看,内孤立波形成的两大因素为海水稳定层化和存在扰动,且密度层化是内孤立波存在的必要条件,显然这种两层流体模型不能完全表征实际海洋环境下内孤立波的真实特性.为了还原真实海洋环境下的内孤立波,亟待开发一套考虑密度连续变化的内孤立波数值模型.基于雷诺时均Navier-Stokes方程,引入密度输运方程,将内孤立波理论解作为初始场,建立了密度连续变化内孤立波数值模型,并对其合理性进行了验证.结果表明,所建模型在不同上下层水深比和不同波高条件下,均能造出符合理论解与传播演变规律的内孤立波.通过引入有效势能概念,将有效势能为99.8%总势能所对应的波长作为有效波长,讨论了网格尺寸与有效波长的关系,推荐内孤立波模拟的水平向空间步长取有效波长的1/80,垂向空间步长取波高的1/15.基于所开发的模型,展开了密度连续变化模型与两层流体模型的对比研究,结果表明:两层流体模型忽略了实际海洋环境中密度跃层的厚度,会导致其高估实际海洋环境下内孤立波的传播速度、能量耗散及波高衰减.密度连续变化水体内孤立波模型能更好地反映实际海洋环境下内孤立波的各项特性.