双色波传播过程中长短波相互作用的非线性数值模拟研究

针对波浪在传播过程中的波面变形机制问题,本文采用时域高阶边界元方法建立完全非线性波浪数值水槽,并模拟研究了单色波和双色波在常水深地形上的非线性传播特性。该模型在自由水面满足完全非线性边界条件,采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时表面,利用四阶龙格库塔方法更新下一时间步的波面和速度势。通过与已有实验结果对比,证明了本文模型的准确性。研究发现:双色波传播过程中长短波的相互作用,会诱发波面的剧烈变形,并产生次峰。长短波相互作用诱使更多的波浪能量从低频向高频传递,并激发出更高阶的波浪成分。同时,该作用机制随着长短波波长比的增大而增强。

布拉格共振条件下的高阶谐波特性研究

为了考虑波浪在周期性地形上传播时诱发的布拉格共振现象和高阶谐波之间的相互影响,本文基于时域高阶边界元方法,建立二维完全非线性数值波浪水槽,数值研究布拉格共振条件下周期性地形诱发的高阶谐波特性。研究发现:随着潜体高度增加,二阶自由波透射系数呈现先增大后减小的趋势,而其反射系数则持续增大。同时,随着潜体长度增加,二阶自由波透反射系数均呈现增大的趋势,并最终各自稳定于一定值附近振荡。在布拉格共振条件下,除了普遍认为的自由波,二阶锁定波也将发生共振反射现象;此外,在布拉格共振条件下,周期性地形迎浪侧的二阶谐波波幅会出现“拍”和“寄生拍”的组合现象,使得迎浪侧波浪场更为复杂,并增加极端大波出现的概率。