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《一种新型的数值模拟近岸波浪的动谱平衡方程模型》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第46卷第1期2001年1月考五叙简手及科一种新型的数值模拟近岸波浪的动谱平衡方程模型严以新徐福敏茅丽华.,.一(河海大学海岸及Em:wP@j海洋工程研究所南京lZo98ialIOnilnecom)摘要简述波浪数值推算的几种模型,对动谱密度平衡方程模型的源项、数值造波和边界条件的处理方法进行研究,在源项中不仅包括非线性四相波相互作用,还引进非线性三相波相互作用,数值模拟波浪在近岸运动机理.与Bousinesq方程和缓坡方程进行了分析比较;数值计算了海安湾有效波高及平均波周期场分布,在非定常情形下以数值试验模拟了计算域内流速和水位变化对风浪要素的影响,讨论了模型
2、将来的发展趋势.关键词动谱密度平衡方程数值造波四相波相互作用三相波相互作用Bousinesq方程缓坡方程预报波浪的二维数值模型目前可分为经典的射合当今最新波浪理论研究成果的SWAN模型,系统线理论、缓坡方程(椭圆型、抛物型和双曲型)、地研究动谱平衡方程模型在模拟近岸波浪运动方面.Boussinesq方程和能量平衡方程.Boussinesq方程为的应用对波浪能量输入、损耗及非线性相互作用项平面二维非线性浅水波方程,包括波浪的浅水变形、进行合理确定,在非线性项中引人波浪的三相波相、,-.折射绕射和反射等机理其中较为著名的ePer互作用在定常及非定常情况下对风浪、涌
3、浪或混合,,grine川和Abbott[2]推导的Boussinesq方程只能适用于浪进行数值造波阐述水域边界条件的确定方法数.,Dz乙蕊022的情况Madsen[,]对Boussinesq方程的色、值模拟近岸波浪要素(波高波周期)随时间和地点的.散项进行修正使其适用于DL/鉴05情形,Nowgn哄变化规律.aaoal、Beji和Ndk,]张永刚16]重新对Boussinesq方程1进行推导得到各自模式.Berko护71在线性理论中引人动谱平衡方程,,地形缓变小参量,采用摄动法得到最早的缓坡方程,以二维动谱密度表示随机波因为在流场中动,,,,谱密度守恒而能谱密
4、度不守恒动谱密度N(氏印为其理论属于线性范畴描述单频率波浪传播运动椭,圆型缓坡方程可模、、能谱密度(E氏0)与相对频率6之比N(氏e)随时间和拟波浪的折射绕射反射和浅..,aerl`]r水变形适用于很小水域Rdd和Kiby[9]忽略波空间而变化,,,DalyrmlPe和在Caretisan坐标系下动谱平衡方程可表示为浪反射作用得到抛物型缓坡方程,yl’”l十,+。、+。+。iKbr对其改进使其适用于较大角度的人射抛物、。、、。、。、·.孚李孚奥具尊型缓坡方程适用于较大水域,能量平衡方程预报近dtd丫d〕dad口。,岸风浪起始于50年代后期sWAMPGroup[
5、川将适用;方程左边第l项为N随时间的变化率第2和3项表于深海的相平均谱波浪模型进行改进,使其适用于示动谱密度在地理坐标空间x和y方向上的传播;近岸及沿岸风浪预报.oTlman【’2]提出了基于动谱平第4项表示由于流场和水深所引起的动谱密度N在衡方程的WAVEWrAI,CH第3代波浪预报模型;·相对频率a空间的变化;第5项表示动谱密度在谱七五I’3〕期间青岛海洋大学等单位也进行了海浪数,,,分布方向e空间(即谱方向分布范围)的传播亦即水:RisHolthuijsen和Booij[’4’5]值预报研究总结历年来深及流场变化引起的折射.方程右边的S代表以谱密、,波浪
6、能量输人损耗及转换的研究成果提出并发展,、、度表示的源汇项包括风能输人波与波之间非线性了适用于海岸湖泊及河口地区的SWAN第3代浅、、相互作用和由于底摩擦白浪破碎等引起的能量,、水波浪数值预报模型全面合理地考虑了波浪浅化;,,C6C。x,,、、、、损耗xC几和分别代表在y叮和0空间的折射底摩擦破碎白浪风能输人及波浪非线性:效应.波浪传播速度`,,,_lZ6k,dx「kd1目前国内利用动谱平衡方程数值模拟海岸河_,_C二=一11+l十Usn“,—dt2Lih(Zkd)」无口区域波浪场的研究还处于探索阶段本文基于综——WWW.80lChina.C0m考或叙第46卷
7、第1期2001年1月科简手及.。dyl[,.2材lak,,,周期分布.,七”=二一1十}十u.:、—dt2sinh(Zkz本文动谱平衡方程模型(i)适用于深水过渡Lkd)J—;、··,(il)模型包括能量输人_d6aJadUv`一c,、水深和浅水情形损耗和非C。=二—十,一—dtad—at)瓮线性相互作用机理源项的处理应用当今海浪研究,·“·,d0dt了ad最新成果尤其在非线性项中加人三相波相互作用C口一一一耳竺丝,能;k气日d日m器)项合理模拟近岸波浪传播的周期变化(in)将随,二,,,U=,,机波浪以不规定谱型的方向谱表示更接近真实海其中k(kx称)为波数
8、d为水深(xU矶)为流速;,:为沿,m
