利用有限元方法求解双曲型缓坡方程

本文提出了一种双曲型缓坡方程的有限元计算方法 ,在建立有限元积分方程时通过在造波线处加入脉动源项来实现内部造波 ,并在开边界处利用阻尼层吸波 ,减少了在边界处由于数值处理引起的误差。数值计算结果与实测值吻合良好。本方法可用于大区域波浪场的计算中     

对近岸海浪非势函数、势函数型缓坡方程的初步探讨

针对目前缓坡方程中势函数假设比较多的问题,本文利用二维浅水方程来描述海浪水质点运动的有势假设,采取WKBJ方法推导缓坡方程在缓变地形下的波包方程,对势函数缓坡方程进行修正,以建立更全面更实用的近岸波浪传播计算模式。同时,文中还采用非势函数型模拟波浪传播。     

考虑风能输入的抛物型缓坡方程

在Radder和Kirby发展的波浪折射绕射缓坡方程抛物型模型基础上,对这种模型进行了改进,改进后的模型除可以考虑波浪传播过程中的底摩阻损耗、非线性作用外,加入了风能输入对波浪传播的影响。基于风能输入项的波浪模型数值计算结果表明,在纯风浪情况下的计算结果与传统的风浪计算方法结果一致,在波浪传播过程中由于风的作用,将导致波高比无风作用下计算的波高大。     

基于扩展型双曲缓坡方程波浪传播模型

在时域缓坡方程中,引入非线性修正项、高阶地形影响项以及能量耗散项,推导得出扩展型双曲缓坡方程。基于该方程,利用ADI格式建立波浪传播数学模型,并应用于椭圆形浅滩、Bragg反射正弦沙涟地形以及斜坡地形的波浪传播计算,计算结果与试验数据均吻合良好,表明该模型能够对近岸波浪的折射、绕射、反射、浅水变形、弱非线性、陡变地形影响以及破碎进行较好地模拟。     

Boussinesq方程与抛物型缓坡方程2种波浪模型的比较分析

波浪破碎的模拟对于波浪模拟的准确性十分重要。为了解波浪破碎模型的问题,本文对抛物型缓坡方程和Boussinesq方程这2种波浪模型所采用的破碎方法进行比较和分析。运用基于Boussinesq方程的Funwave模型和基于抛物型缓坡方程的REF/DIF模型,分别对特拉华大学的未破碎圆形浅滩试验和作者于实验水槽进行的Undertow试验这2个物理模型进行波高模拟、比较与分析。模拟结果表明:Funwave和REF/DIF这2种波浪模型都能准确的模拟出波高随水深的变化情况,但对于波浪破碎后的情况,REF/DIF模型模拟的更为精确一些。     

缓坡方程与Boussinesq方程的差异性比较

本文对在缓变水深条件下缓坡方程和Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程各种不甘落后 差异进行了比较。明确了线性缓坡方程的频散性上，要好于非线性Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程。而Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程可讨论非线性的波与波相互作用等问题，而缓坡方程则不能。对Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程在不规则波计算上的局限性问题本文也进行了讨论，指出对于不规则波而言分解频率的数量和对高频波所产生的混淆误差的抑制是Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程能     

结合抛物型缓坡方程计算波浪辐射应力

将波浪辐射应力与抛物型缓坡方程中的待求变量联系起来,提出了一种计算辐射应力的新方法,并用有限差分法对控制方程进行了数值求解。数值结果表明这种方法精度高、编程简单、求解快速,可用于实际大区域波浪辐射应力的计算。     

波浪在三维圆形岛地形上的绕射研究

波浪在传播过程中遇到岛屿就会发生绕射。本文使用混合元方法对修正型缓坡方程进行了数值求解,并与KUO et al的解析解进行了比较验证。在此基础上研究了工程尺度背景下,波浪在三维圆形岛地形上的绕射,计算了不同入射波浪周期、浅滩形状参数和岛屿尺寸情况下,沿波浪传播方向断面上和岛屿岸线上的相对波高大小。计算结果表明：随着入射波周期的减小、浅滩形状参数的增大和岛屿尺寸的减小,圆形岛迎浪侧的相对波高振荡幅度、圆形岛背浪侧的相对波高大小以及岛屿岸线上的相对波高振幅和大小均随之增大。不同情况下,岛屿岸线上的相对波高最大值大多数发生在迎浪点,个别发生在迎浪点两侧20°~25°处;最小值发生在背浪点两侧30°附近。     

一个新的非恒定型不规则波缓坡方程

缓坡方程由Ｂｅｒｋｈｏｆ所推导并在规则波折射绕射问题的研究上有着广泛的应用。然而对于不规则波折射绕射问题研究，缓坡方程还处于发展研究阶段，本文采用Ｐａｄｅ近似并仿Ｋｕｂｏ方法对缓坡波动方程进行了推导，得到了一个含有时间高阶导数项的不规则波缓坡方程，随即采用ＷＫＢ方法对这个不规则波的缓坡方程进行了简化，推导出一个较为实用的含有一阶时间导数的不规则波缓坡的波动方程。通过数值手段对所推导的不规则波缓坡方程进行了数值模拟，其结果与物模实验较为一致     

基于抛物型缓坡方程模拟近岸植被区波浪传播

植被对波浪传播运动有重要影响。考虑近岸波浪在植被区传播中的折射、绕射、破碎及植被引起的波能耗损效应,基于抛物型缓坡方程建立了模拟近岸植被区波浪传播的数学模型,对模型进行了数值模拟验证,采用数值模拟试验分析了植被对波浪传播的影响。数值模拟结果表明,波浪在近岸植被区传播时,随着植被密度和植被高度的增加,波浪传播中的波高衰减增大,波能耗损增加;不同周期波浪在植被区传播中的波高衰减过程也明显不同。     

考虑边界波浪方向的缓坡方程自适应求解模型

缓坡方程是描述近岸波浪运动较好的数学模型之一。在发展的自适应有限元求解缓坡方程的基础上,采用迭代求解的方法,确定波浪相对于边界的入射方向,从而对边界条件进行改进,建立了求解缓坡方程的数值计算模型。典型算例表明,考虑波浪相对于边界的入射角度后,模型可以更好地模拟吸收波浪边界,同时对多向波对双突堤的绕射进行了模拟研究,与试验结果比较表明,所建立的数值计算模型能够适用于多向不规则波传播过程的模拟研究。     

A composite numerical model for wave diffraction in a harbor with varying water depth

A composite numerical model is presented for computing the wave field in a harbor. The mild slope equation is discretized by a finite element method in the domain concerned. Out of the computational domain, the water depth is assumed to be constant. The boundary element method is applied to the outer boundary for dealing with the infinite boundary condition. Because the model satisfies strictly the infinite boundary condition, more accurate results can be obtained. The model is firstly applied to compute the wave diffraction in a narrow rectangular bay and the wave diffraction from a porous cylinder. The numerical results are compared with the analytical solution, experimental data and other numerical results. Good agreements are obtained. Then the model is applied to computing the wave diffraction in a square harbor with varying water depth. The effects of the water depth in the harbor and the incoming wave direction on the wave height distribution are discussed.     

A composite numerical model for wave diffraction in a harbor with varying water depth

A composite numerical model is presented for computing the wave field in a harbor. The mild slope equation is discretized by a finite element method in the domain concerned. Out of the computational domain, the water depth is assumed to be constant. The boundary element method is applied to the outer boundary for dealing with the infinite boundary condition. Because the model satisfies strictly the infinite boundary condition, more accurate results can be obtained. The model is firstly applied to compute the wave diffraction in a narrow rectangular bay and the wave diffraction from a porous cylinder. The numerical results are compared with the analytical solution, experimental data and other numerical results. Good agreements are obtained. Then the model is applied to computing the wave diffraction in a square harbor with varying water depth. The effects of the water depth in the harbor and the incoming wave direction on the wave height distribution are discussed.     

An energy-controlling boundary condition for partial wave reflections in the mild slope equation

An energy-controlling technique to actively manage the reflective property of waves from solid boundary is presented. As linear waves propagate through an energy-controlling area, a reduction in wave heights occurs due to energy dissipation, which can be placed under direct control through the imaginary part of the wavenumber and phase velocity. Based on this relationship, the present study investigates a new method to control reflected waves with desired heights in the mild slope equation model. The method is validated through numerical tests for various reflection coefficients and the results confirm the promising use of energy-controlling boundary condition for partial wave reflections.     

Numerical study of pollutant transport in the sea-bay with mild slope beach

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｕｄｙｏｆｐｏｌｌｕｔａｎｔｔｒａｎｓｐｏｒｔｉｎｔｈｅｓｅａ－ｂａｙｗｉｔｈｍｉｌｄｓｌｏｐｅｂｅａｃｈＷａｎｇＺｅｌｉａｎｇａｎｄＴａｏＪｉａｎｈｕａ（ＲｅｃｅｉｖｅｄＤｅｃｅｍｂｅｒ２２,１９９６;ａｃｃｅｐｔｅｄＪａｎｕ...     

缓坡潮间带海湾的污染物输移扩散数值模拟方法研究

采用在缓坡上设置窄缝的方法,处理由于水位变动而导致计算域相应变化的动边界问题,提出了具有动边界功能的二维对流扩散模型的一种新形式,并将污染源作为移动源处理.所提出的方法已应用到渤海湾污染物迁移扩散模拟中,计算结果与实测值吻合良好.     

基于改进缓坡方程的波浪传播数值模拟

用变分原理导出考虑底坡一阶导数平方项和二阶曲率项影响的缓坡方程,对传统缓坡方程作了改进,提高波浪在海底地形变化剧烈、水深较浅时数值模拟精度。数值计算与已有实验室试验资料比较表明,该模型可以较好地模拟有剧烈变化的海底地形的波浪传播,比传统缓坡方程模型计算结果在精度上有明显提高。