1.1 问题提出与研究意义

    波浪作用是海岸工程、海洋工程和船舶上的主要荷载[1]。几个世纪以来,人们穷尽办法来描述和研究波浪,建立了多套研究体系和方法。总的趋势是由低精度、低效率高成本到高精度、高效率低成本的发展。最常用和最实用的无外乎两......查看详细>>

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1.2.1.1 射线理论模型

    射线理论又称几何波动理论、特征线理论,由Arthur[3]和Munk[4]根据Fermat原理(波浪沿波向线需时最小原理)建立,文献[5,6]也给出了详细推导过程,被广泛应用于物理海洋领域以及对近海浅水波浪要素进行预报。射线理论本身为线性波浪理论......查看详细>>

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1.2.1.2 缓坡方程模型

    缓坡方程又称联合折射方程,由Berkhoff[10]首先推导出最原始的方程解。缓坡方程可以看作是势波理论三维Laplace方程的一种简化近似形式,将三维问题转化为二维问题,简化了问题的处理方式,可综合考虑波浪的反射、折射、绕射等效应......查看详细>>

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1.2.1.3 Navier-Stokes方程模型

    另一种用来模拟波浪的数值模型为基于不可压缩流体运动的Navier-Stokes(简称N-S)方程和连续方程的垂向二维形式[30—34]。该类方程可以模拟线性波、非线性波、规则波、不规则波及其与结构物的相互作用,还可以模拟波浪的破碎,不受地......查看详细>>

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1.2.1.4 Boussinesq类方程模型

    在众多数值或数学模型中,广泛应用于预测非线性波浪传播问题的数值模型仍是Boussinesq方程模型。Boussinesq方程通过引入垂向流场分布的多项式近似来消去垂向向坐标,使三维问题变为二维问题。这个原理由Boussinesq[38]在1872最先提出......查看详细>>

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1.2.1.5 Laplace方程模型

    直接求解Laplace方程及其定解条件是另一个波浪数值模拟的发展方向。相对于其他模型来说,该类办法应用较少,但因其可高精度、高效率模拟全水深完全非线性波浪的传播变形,现已得到越来越多的重视。相比于缓坡方程,Laplace方程可......查看详细>>

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1.2.2.1 二维造波理论

    经典的二维线性波浪的生成理论最早可追溯到Havelock[77],他利用Fourier积分方式导出了二维半无限水深的线性波浪理论。随后,Biésel[78]、Ursell等[79]、Dean和Dalrymple[80]以及Svendsen[81]进行了理论发展。线性造波理论的基本假定为造波机做微......查看详细>>

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1.2.2.2 三维造波理论

    实际的海面波浪具有方向性,在实验室水池中造出具有一定方向的波浪对于模拟真实的海面波浪是非常重要的。将多块二维造波板排列一定的形状做往复运动,每块板的运动形成一个相位差就得到了三维的实验室模拟的波浪。这样的造......查看详细>>

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1.2.2.3 无反射造波技术

    在物理模型试验中,入射波经结构物或试验水槽尾端反射回来后又会通过造波机反射至试验区域,多次来回反射波浪会干扰实验数据的分析,这种干扰对于长时间造波尤为严重。为了克服这一困难,一般可采取两种措施: 一种是在试验水......查看详细>>

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1.2.3 波浪数值模拟与物理模拟的耦合

    在工程流体力学领域,耦合模型的概念最早出现在计算流体动力学方面,即基于不同控制方程的数值/数学模型的耦合,或基于相同控制方程但采用不同计算网格的耦合,如王大国[142],Bingham[143],Hamidou等[144]。耦合的目的在于让各种数值模......查看详细>>

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