台阶形陆架上孤立波传播的数值模拟

为了研究孤立波在带有陡升台地的陆架上的传播,用MAC方法求解了二维纳维尔-斯托克斯方程。本文在以下几点,改进了东京大学提出的修正的网格标记法:1.给出交错网格的新的标号系统;2.推导出自由表面上非规则星的新的压力迭代公式;3.对流函数、压力和速度使用了三值悬旗;4.把一维Burgers方程的部分守恒形式扩展用于二维N-S方程。这些使得程序更简单和精确。计算结果证卖,物理上很好地解释了孤立波的传播,入射波分成了反射波和透射波,然后开始分裂、破碎。 本文计算结果与线性波理论的结果很一致,但后者不能给出波运动的过程。     

基于MPS-FEM方法数值模拟孤立波与垂直板的相互作用

该文采用基于MPS-FEM方法自主开发的无网格法流固耦合求解器MPSFEM-SJTU,数值模拟孤立波与水下垂直板的相互作用。流体部分计算采用MPS方法,结构部分计算采用FEM方法,二者在接触面处采用核函数插值进行耦合。首先做了数值造波验证,孤立波采用推板造波。然后对比分析了孤立波分别与垂直刚性板和弹性板相互作用的差异。最后讨论分析板的弹性模量对孤立波与垂直板相互作用的影响。结果表明,弹性板对孤立波演化的影响与刚性板不同,同时板受到的压力也因为板的弹性模量的变化而不一样。     

用MPS方法数值分析孤立波与平板相互作用问题

表面孤立波与海洋结构物的相互作用常伴随有砰击、上浪等现象,是船舶与海洋工程领域需要研究的重要问题之一。该文采用基于无网格半隐式移动粒子MPS法开发的MLParticle-SJTU求解器,对孤立波与平板结构相互作用问题进行数值计算分析研究。模拟了二维孤立波对平板的冲击作用过程,得到的平板受力与实验结果吻合良好,验证了MLParticle-SJTU求解器在处理此类问题上的可行性。通过对孤立波与平板相互作用过程的三维模拟,观察到了有别于二维空间下的波浪在平板上表面演化过程,即呈现U型演化过程,说明对此类问题进行三维数值模拟的必要性。     

孤立波与连续波列爬坡的数值计算

本文在文献[8]的基础上，将原来处理人为边界的办法改用开路边条件，并将其推广到有入射波穿过人为边界的情况，这不仅使所需计算时间和内存量大大减少，而且首次计算了连续波列的爬坡运动，所得数值结果与实际观测到的现象相吻合；对孤立波的计算所得之最大爬升高度，与实验结果相当一致。     

内孤立波与有航速潜体相互作用数值模拟

基于两层流体中内孤立波的KdV-mKdV理论解,采用速度入口和开管道方法进行内孤立波数值造波与消波,建立了同时具有造波、造流和消波功能的数值波流水槽。利用所建立的数值波流水槽,对内孤立波与有航速潜体相互作用问题进行了数值模拟,计算分析了受力特性。数值结果表明,内孤立波造波结果理想,消波效果显著,在内孤立波流场中有航速潜体将会受到突发性冲击载荷的作用。研究表明,利用所述方法来研究内孤立波与有航速潜体的相互作用是一条有效的途径。     

关于振荡型的界面孤立波

当计及表面张力时,对于二流体系统中两层流体深度比的一种临界情形,界面孤立波可用推广的KdV方程来描述,这一方程难以解析地求出孤立波解。本文采用作者提出的推广的PLK方法求得了三阶近似孤立波解,并采用Lindstedt-Poincare方法对所得的结果作了验证,从而首次解析地证实了振荡型界面孤立波的存在性。     

孤立波浅化过程的SPH数值模拟

本文应用光滑粒子流体动力学(SPH)方法建立了二维数值波浪水槽,研究了孤立波沿斜坡的传播、变形和破碎过程。通过数值计算分析了波浪沿斜坡传播过程中自由表面的变化特征,给出了斜坡上不同位置处波面变化的历时曲线,并应用文献记录的试验结果对数模结果进行了验证。得到了波高的沿程变化趋势、破波点的位置和破碎波高以及不同破碎形态下波浪自由表面的变化特征,显示了SPH方法在处理较复杂自由表面流动问题方面的优越性。     

双孤立波直墙爬高的实验研究

海啸波在近海传播过程中有可能会演化成若干个孤立波组成的波列.为了研究孤立波波列对海岸结构物的作用机理,本文在波浪水槽中进行了双孤立波的直墙爬高实验.通过控制推板式造波机的运动,有效地实现了不同波峰间距双孤立波的造波方法.在复演并验证单孤立波直墙爬高的基础上,完成了不同相对波高、相对波峰间距的双孤立波爬高系列实验,给出了双孤立波平底传播及直墙爬高过程的波面时间序列及爬高过程水线运动时间序列.实验结果表明:对两个等波高的双孤立波而言,当相对波峰间距降到某临界值时,跟随在后孤立波的爬高放大系数将小于先导孤立波的爬高放大系数;当先导孤立波的波高大于跟随孤立波的波高,先导孤立波将更加显著地抑制对跟随孤立波的爬高过程,使得后者的最高爬放大系数显著减小;若在直墙爬高前两个波已明显重叠,即呈双峰瞬态波形,爬高放大系数不会大于具有相同波高的单孤立波的爬高放大系数.     

孤立波爬坡，漫顶以及再生的数值模拟

本文用数值模拟的方法对孤立波翻越倾斜坡岸的全过程进行了研究.计算过程稳定,同Hall&Watts和NicholasDodd的实验结果吻合良好,某些情况下比NicholasDodd方法更接近实测值.能很好地模拟出波浪爬坡,漫顶以及越过物体后再次形成波浪的全过程.     

用N-S方程模型模拟孤立波在各种防波堤堤前的爬高

本文以Navier Stokes方程为控制方程,用k ε模型来封闭湍流模型,采用VOF方法来跟踪波动自由表面,建立了二维垂向数学模型。并用解析解和实验数据对模型进行了验证。利用此数学模型模拟了在水位较浅,不发生越浪的情况下,孤立波在直立堤、斜坡堤、半圆型防波堤堤前爬高的过程,并对波面、速度场和压强场进行了比较。     

非传播孤波的特征研究

本文根据实验观测总结出非传播孤波的形成条件,非传播孤波的特征以及在水平驱动条件下形成孤波的一些实验结果。     

潜堤上波浪传播过程数值研究

以RANS方程结合Level-Set方法为研究基础,采用五阶WENO有限差分格式进行空间离散、三阶TVD Runge-Kutta格式进行时间推进、Level-Set方法追踪波浪与空气间自由面以及解析松弛法来实现数值水槽中的造波消波,建立了一种求解潜堤上波浪传播问题的数值计算模型。选取经典的潜堤上波浪传播物理试验模型对数值模型进行了验证,水位计算结果与试验值吻合较好。进一步研究了波高、潜堤顶部淹没深度以及潜堤坡度等参数对潜堤上波浪传播过程的影响。结果表明:波高越高、淹没深度越浅、潜堤向波坡度越小,波浪受浅水作用越明显;潜堤背波坡度越小,波浪受反浅水作用稍大,但并不明显。     

变水深下孤立波对直立大圆柱的绕射

本文以平均速度势表示的Boussinesq方程为控制方程,采用文献[1]中所提出的谱方法,研究孤立波在变水深下对直立大圆柱的绕射。通过数值方法求得圆柱所受到的波浪力系数,讨论水深变化对圆柱波浪力系数的影响。     

关于非线性浅水波理论中的孤立波解

本文在[1]的基础上,详尽地得到了Boussinesq方程和KdV方程的孤立波解,并对波高和波形进行了细致的分析。为了更好地比较,本文还给出了高阶摄动的孤立波解。     

无反射造波数值波浪水槽

本文应用ＶＯＦ方法建立了二维数值波浪水槽模型。基于线性造波机理论在水槽左端设置了可吸收式造波机数值边界条件。即造波板的运动除了产生行进波外，同时还产生一个抵消反射波的局部波动。水槽右端除了通常的可滑移与无滑移直墙边界条件外，依据线性辐射条件建立了开边界条件。通过水槽右端为直墙时的全反射情形，比较了可吸收造波机与普通造波机的速度变化与波面变化。文中在Ｈ０／ｄ＝０．１￣０．３，ｄ／Ｌ＝０．１２４￣０．     

VOF方法模拟波浪槽中二维非线性波

造波板运动生成非线性波问题是研究物体与波浪非线性相互作用的典型例子。本文研究了用ＶＯＦ方法模拟波浪水槽生成非线性波（孤立波和椭圆余弦波）的问题，为实现造波板在计算中可以做穿越网格的大幅值运动，本文采用在压力迭代中调整造波板邻近单元中压力来满足造波板上流体运动条件。对开路边界条件和自由表面与物面交点处边界条件也提出了处理方法，计算结果与实验结果和解析结果进行了对比。     

浮体在浅水中运动产生的孤立波

本文对在浅水中以跨临界速度运动的浮体产生的兴波问题作了数值计算，用作者提出的求解浮体波动问题的新方法，将浮体与流体接触的物面作为自由表面处理，使Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程用于此问题的全域直接数值求解，数值结果使我们得到了新颖的浮体运动产生的孤立波解。