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波浪水槽内变水深地形上横波的运动形态与激发机理

批准号:
52071128
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
王岗
依托单位:
学科分类:
海岸工程与海洋工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王岗

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
水槽实验作为研究波浪传播变形、防波堤断面稳定性、结构动力响应等水平一维运动的重要手段,通常认为波浪在垂直于水槽的横向是保持不变的、仅沿其纵向变化。在常水深情况下,当波长与水槽宽满足一定关系时就会产生明显的横波,该现象从其发现至今已有大量研究关注。.虽然在变水深地形上的波浪传播实验中也偶有明显的横向波动现象,但通常将其归结为实验操作不当或测量误差所致。虽然也有学者采用隔板将水槽隔为两侧、在较窄一侧开展实验以消除横向波动的影响,但鲜有针对该现象的系统研究。本项目拟针对斜坡及其复合地形以及不同隆起地形这些模型实验中常见的地形,采用理论分析、模型实验与数值模拟相结合的方法,研究其上横波的运动形态,揭示地形形状与水深等参数对其影响,并基于不同波浪成份间非线性能量传递过程阐明其激发机理。本研究不仅对增进水波本质认识、提高水槽实验技术有着重要意义,还将进一步丰富非线性科学及混沌理论等相关科学的研究内涵。
英文摘要
Flume experiments have played a pivotal role in studying the horizontal one-dimensional motion, such as wave propagation deformation, stability of breakwater, dynamic response of structures, etc. Waves in the flume experiment are generally considered invariable transversely and only variable along the longitudinal direction. Cross waves in constant water depth can be observed when the wavelength and the width of the flume satisfy a certain relationship, and this phenomenon has been studied extensively since its discovery. Although evident transverse oscillations appear occasionally in the experiments of wave transformation over variable water depth, they are usually attributed to improper operation or measurement errors. The flume is sometimes divided into two sides, and the experiment is conducted within the narrower side to eliminate the influence of such transverse oscillations. Few studies have been published on cross waves over variable water depth..The project will focus on cross waves over the sloping beach, the composite beach and the underwater bump of different types with strategies of theoretical analysis, experiment and numerical simulation. The kinematics of cross waves will be studied, and the effect of bathymetry shape and water depth is explored. The mechanism of instability excitation is proposed by examining the nonlinear energy transfer between different wave components. This study is not only of great significance to improve the understanding the nature of water waves and flume experimental technology, but also to further expand the connotation of nonlinear science and chaos theory.
水槽实验作为研究波浪传播变形、防波堤断面稳定性、结构动力响应等水平一维运动的重.要手段,通常认为波浪在垂直于水槽的横向是保持不变的、仅沿其纵向变化。在常水深情况下,当波长与水槽宽满足一定关系时就会产生明显的横波,该现象从其发现至今已有大量研究关注。虽然在变水深地形上的波浪传播实验中也偶有明显的横向波动现象,但通常将其归结为实验操作不当或测量误差所致,但鲜有针对该现象的系统研究。.项目首先从理论上提出了指数型、双曲余弦型及双峰型地形上的纵波与横波的解析解。这些隆起地形上的横波通常可以表示为特殊函数形式,通过匹配连续条件得到横波控制波数和频率的频散关系。其次,开展了水槽物理模型实验,验证了所提纵波与横波解析理论的正确性。最后,进一步开展了数值模型实验,研究变水深地形上横波的激发机理。为实现高效高精度水动力数值模,项目开发了全新的非静压数值模型。选取某一水深位置处的流速与动水压强为变量,推导出了最大空间导数为二阶的新型非静压波动方程。采用有限体积和有限差分相结合的方法求解新型非静压方程。具体步骤为:采用Godunov-type有限体积法求解静压方程得到临时解,采用有限差分法求解非静压方程得到新动水压强,用其修正临时解得到最终解。基于CUDA C++架构,采用图形处理器(GPU)并行技术和多重网格技术嵌套极大地提升了模型计算效率。基于新开发的数值模型,系统研究了变水深地形上横波的同频和次频共振激发机理。结果表明,同频共振并不能产生显著的横波,而次频共振则可以产生明显的横波现象。.研究成果发表期刊论文12篇、其中SCI检索论文9篇,另有1篇被SCI检索期刊录用待刊;开发的数值模型登记软件著作权2项。.本研究不仅对增进水波本质认识、提高水槽实验技术有着重要意义,还将进一步丰富非线性科学及混沌理论等相关科学的研究内涵。
基于海底山脊俘获效应的越洋海啸传播演化机制研究
  • 批准号:
    51579090
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    王岗
  • 依托单位:
平面形状与水深变化对港湾共振的影响机理
  • 批准号:
    51209081
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    王岗
  • 依托单位:
国内基金
海外基金