多向随机波的实验室模拟

海浪是一种多向随机波。本文首先对常用的多向随机波的数值模拟方法——双迭加法进行改进,建议了频率方向对应法,并给出了合适的模拟参数。此法能产生比较符合实际的波浪。在此基础上论述了三维随机波的物理模拟方法,并对多向随机波试验中的几个重要问题进行了探讨。

多向随机波作用在直立堤上的波浪力

通过三维随机波浪对直立堤作用的试验研究,分析了单位堤长上波浪力的变化规律,着重研究了主波向角和波浪方向分布对波浪力的影响,发现波浪入射角小于45°时,波陡较小的单向波作用力随波向角呈明显的增大趋势.给出了波浪力沿堤长的纵向分布,以及单元堤上波浪力纵向折减系数的计算公式;建议了2种计算斜向波和多向波作用在整个单元堤上最大总波力的方法,可供理论研究和工程设计参考应用.

基于能量平衡方程的多向随机波数学模型的研究与改进

本文在基于能量平衡方程考虑绕射项的多向随机波数学模型的研究基础上,将非线性弥散关系和底摩擦能量耗散引入原模型中,以提高模型计算波浪浅水域变形的精度。另外,在输入方向谱上,加入我国《海港水文规范》推荐的文氏谱和改进的光易型方向分布函数,使模型的应用范围更广。改进后的模型考虑了波浪的浅化、折射、绕射、反射、破碎、底摩擦以及非线性。选择椭圆形浅滩地形和莱州湾海域地形,分别利用改进前和改进后的模型对多向随机波传播变形进行数值模拟。通过对计算结果的比较分析证明,改进后的模型更具适用性与合理性。

求解三维物体波浪荷载的边界元模型

建立了求解规则波中任意形状三维物体绕射问题的边界元模型。设置辐射面将流场分为内、外场,外场中的绕射势用特征函数展开式解析表达,内场则由边界积分方程求解,所取的Green 函数为简单的1/r 形式。内场边界采用四边形面元和轴对称面元混合布置的划分方式,轴对称面元上奇点强度沿周向为Fourier 级数展开的高次分布,提高了求解三维绕射问题的精度和效率。经与直立圆柱绕射的线性理论解比较,验证了数值方法的可靠性。利用谱分析原理,将规则波中的结果拓展,得到多向不规则波中绕射物体所受波浪力的统计特性。